高速汽油发动机性能优化的模拟计算及试验研究

摘要

随着科学技术的不断发展和进步,当今内燃机技术水平已经日新月异,达到了前所未有的高度,但是消费者对内燃机的性能水平始终没有满足,作为内燃机行业的从业者,以提高发动机性能水平为目标,开展本文所述工作。
　　本文利用一款高速汽油发动机开展研究工作,用仿真计算的方法建立原机模型并对性能进行预测,提出发动机进排气道优化方案,利用进气谐振原理,对发动机匹配合适的进气谐振器,通过台架试验进行验证,从而达到性能提升的目的。
　　首先,搭建发动机台架测试系统,包括测功系统、空燃比测试系统、燃烧分析系统和气道稳流测控系统。其次,利用AVL公司的Boost软件建立了原机模型,分析了模型中各模块参数的确定及输入准则,包括:进排气系统的结构参数、缸头的结构参数、进排气门升程曲线及流量系数、燃烧模型、传热模型以及机械损失等。通过发动机台架试验验证了模型的可靠性。以仿真模型为基础,对发动机的进排气系统进行了变参数优化计算与分析,提出了发动机进排气系统的优化途径和方案,通过对发动机的工作过程进行变参数模拟计算,预测改变参数对发动机性能的影响方向。利用AVL公司的Fire软件对发动机进排气道及气缸内的气体运动状态进行研究分析,根据计算结果,依据实际要求对原机进排气道进行了修整,优化后的进排气道流量系数都有一定的提高,通过对改进后的发动机进行台架试验,发动机的功率和扭矩都有3％以上的增加。最后,利用仿真计算的方法,对并联进气谐振器的容积、连接管长度和管径等参数对发动机性能的影响进行了研究,通过发动机台架试验可知,在化油器后端采用可变容积谐振器,在谐振器连接管长度200mm、管径24mm条件下,与原机相比,最大输出功率和最大输出扭矩分别提升了3%和2%以上。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2进气系统及其谐振作用对性能的影响

1.3排气系统对发动机性能的影响

1.4国内外研究现状和发展

1.5本课题的主要工作内容

第二章 高速汽油发动机综合试验测试平台

2.1高速汽油发动机台架试验平台

2.2燃烧分析系统

2.3双特征角气道稳流测试系统

2.4本章小结

第三章 高速汽油发动机热力学模型的建立及性能预测

3.1 BOOST软件简介

3.2模型的建立与验证

3.3基于BOOST模型的发动机性能预测

3.4本章小结

第四章 高速汽油发动机进排气道CFD分析及优化

4.1 CFD计算理论与应用

4.2 几何模型建立及网格划分

4.3 计算初始条件和边界条件

4.4 计算结果分析

4.5 高速汽油机进、排气道优化设计与分析

4.6 气道优化前、后发动机试验性能对比

4.7 本章小结

第五章 进气谐振器对高速汽油发动机性能影响的研究

5.1 发动机进气的动态特性

5.2 进气谐振器的原理

5.3 进气谐振器对高速汽油机性能影响的仿真研究

5.4 进气谐振器对高速汽油机性能影响的实验研究

5.5 本章小结

第六章 总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢