电喷汽油机可变进气歧管和可变配气正时的研究

摘要

进气系统和配气系统是发动机的关键部件，它直接影响发动机的充气效率，从而影响发动机的经济性能和动力性能。电子控制技术的飞速发展和新型机构的不断涌现，为发动机进气系统和配气系统的变参数设计提供了条件。可变长度进气歧管能够充分利用进气管中气体流动产生的波动效应，使发动机在宽广的转速范围内充气效率得到提升；可变配气正时能在不同转速下提供最佳的配气相位，在整个工况内提升发动机的性能。
　　 本文综合分析了国内外各种可变进气系统和可变配气系统机构形式，以474电喷汽油机为基础，利用一维仿真软件AVL-BOOST建立整机仿真模型，通过仿真计算数据与试验数据对比，采用两级可变技术对进气歧管和配气相位进行优化设计计算。可变进气歧管优化设计计算的参数为歧管长度和直径；可变配气相位的优化设计计算参数为进气提前角、进气迟闭角、排气提前角和排气迟闭角。
　　 可变进气歧管的优化设计计算表明：电喷汽油机可变进气歧管在低速时用细长进气歧管，高速时切换为粗短进气歧管。长度与直径均可变的进气歧管的平均性能要优于仅长度可变或直径可变的进气歧管。使用长度和直径均可变的进气歧管的功率和扭矩最大增加了12.79％，充气效率最大提高了14.55％，比油耗也有所降低。
　　 可变配气相位的优化设计计算表明：进气迟闭角和排气迟闭角对电喷汽油机的平均性能影响最大。使用可变进气迟闭角配气机构后的充气效率、功率和扭矩最大提升幅度分别为3.81％、3.13％和3.08％，比油耗平均降低了3.1％左右；使用可变排气迟闭角配气机构后的充气效率、扭矩和功率的最大增幅分别为3.3％、2.9％和2.89％，比油耗平均降低了2.8％左右。就本文研究的474电喷汽油机而言，使用可变排气迟闭角的配气系统整体性能要优于进气迟闭角的配气系统，但是差别不大。
　　 可变进气歧管与可变配气相位联合匹配后，充气效率最高提升了15.04％，扭矩和功率的最大增幅都达到了15.43％左右，比油耗平均下降了3.5％。
　　 本文采用计算机辅助分析手段，利用一维发动机工作过程循环模拟数值计算方法，全面地分析了进气歧管可变长度、直径和配气相位变化对电喷汽油机性能的影响。本文在发动机一维模拟计算和可变进气系统、可变配气系统的设计分析方面具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 前言

1.2 可变进气系统和可变配气相位的研究及发展趋势

1.2.1 发动机流动过程模拟研究的发展及软件开发状况

1.2.2 可变进气系统的研究及发展趋势

1.2.3 可变配气系统的研究状况及发展趋势

1.3 本文研究的主要内容和意义

2 缸内工作过程和一维非定常流动

2.1 管内一维非定常流动数值解法

2.1.1 一维非定常流基本方程

2.1.2 求解的数值解法

2.2 缸内工作过程基本方程

2.2.1 能量守恒方程

2.2.2 质量守恒方程

2.2.3 气体状态方程

2.3 缸内燃烧与传热

2.3.1 燃烧放热模型

2.3.2 传热系数αW

2.4 边界条件简化处理

2.4.1 空气滤清器

2.4.2 流动阻力

2.4.3 喷嘴模型

2.4.4 管内分支模型

2.5 本章小结

3 发动机模型的建立及验证

3.1 BOOST软件介绍

3.2 电喷汽油机模型的建立

3.3 电喷汽油机模型的验证

3.4 本章小结

4 可变进气系统的优化设计

4.1 稳压腔容积的优化设计

4.2 可变长度进气歧管的优化设计

4.2.1 短进气歧管长度的优化设计

4.2.2 长进气歧管长度的优化设计

4.2.3 可变长度进气歧管转速切换点的选定

4.2.4 采用可变长度进气歧管后的电喷汽油机与原机的结果对比

4.3 可变直径进气歧管的优化设计

4.3.1 细进气歧管直径的优化设计

4.3.2 粗进气歧管直径的优化设计

4.3.3 可变直径进气歧管转速切换点的选定

4.3.4 采用可变直径进气歧管后的电喷汽油机与原机的结果对比

4.4 直径与长度均可变的进气歧管的优化设计

4.4.1 细长进气歧管的优化设计

4.4.2 粗短进气歧管的优化设计

4.4.3 直径与长度均可变的进气歧管转速切换点的选定

4.4.4 电喷汽油采用不同可变进气歧管后性能的结果对比

4.5 本章小结

5 可变配气正时的优化设计

5.1 配气相位对电喷汽油机性能的影响

5.1.1 配气相位角及其功用

5.1.2 气门重叠对电喷汽油机性能的影响

5.1.3 原电喷汽油机的配气相位

5.2 可变进气提前角的优化设计

5.2.1 可变进气提前角转速切换点的选定

5.2.2 电喷汽油机采用可变进气提前角后与原机的结果对比

5.3 可变进气迟闭角的优化设计

5.3.1 可变进气迟闭角转速切换点的选定

5.3.2 电喷汽油机采用可变进气迟闭角后与原机的结果对比

5.4 可变排气提前角的优化设计

5.4.1 可变排气提前角转速切换点的选定

5.4.2 电喷汽油机采用可变排气提前角后与原机的结果对比

5.5 可变排气迟闭角的优化设计

5.5.1 可变排气迟闭角转速切换点的选定

5.5.2 电喷汽油机采用可变排气迟闭角后与原机的结果对比

5.6 不同可变配气正时的结果对比

5.7 本章小结

6 可变进气歧管与可变气门正时的匹配

6.1 方案一的结果

6.2 方案二的结果

6.3 方案一和方案二的对比结果

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果