可变气门升程直喷汽油机缸内气流运动特性研究

摘要

为了利用三效催化转化技术高转化效率特点,新一代直喷汽油机仍然沿用节气门负荷控制,采用当量比燃烧模式代替稀燃。可变气门驱动技术在汽油机上的使用使得节气门取消,泵吸损失减小成为可能,对于无节气门负荷控制模式下缸内气流运动的实验研究将为改善燃油雾化混合以及发动机性能提供理论依据。
　　 实验在一台由Cagiva Fox350单缸四气门汽油机改装而成的光学直喷发动机上进行,采用粒子图像处理技术,研究了四种不同气门升程负荷控制模式下缸内气流运动特性。
　　 实验结果表明,缸内滚流明显,涡流较弱。进气中期,流场结构在高低气门升程下分别以旋向相反的封闭和未封闭涡流结构存在。随着压缩进行,涡流速度在低气门升程下衰减明显,在高气门升程下基本不变。压缩末期,远离上止点平面涡流速度显著增加,靠近上止点平面流速基本不变。
　　 进气中期对称面流场在低气门升程下形成旋向相反的双滚流,在高气门升程下表现为大尺度顺时针滚流。压缩初期,高气门升程流场随活塞上行破碎后形成第二次滚流,低气门升程无明显滚流形成。压缩末期,气门升程6.8mm滚流结构仍然保持,平均滚流比为0.45,平均高频湍动能是气门升程1.7mm的2～3倍。
　　 为了获得大尺度流场,在相同工况下,采用增加其中一气门锥面面积进行涡流实验。实验结果表明,随着气门升程降低平均涡流比增加。进气中期,不同气门升程均出现旋向相反的双涡结构。随着进气门关闭,低气门升程下双涡演变为大尺度逆时针旋转单涡结构,并且气门升程1.7mm出现最大平均涡流比1.9,高气门升程涡流结构破碎为小尺度流场。压缩末期,气门升程1.7mm平均涡流比出现显著增加,平均高频湍动能达到0.5m2／s2,是气门升程6.8mm的4～5倍。
　　 本文采用低通滤波法分离湍流和循环变动,不同工况下,截止频率范围为70HZ～120HZ。随气门升程的降低,最大平均湍动能增加,并且峰值对应的曲轴转角后推。压缩末期,不同涡流平面速度差异来自不同滚流作用大小。滚流破碎使得湍流和循环变动增加；滚流形成或加强使得湍流增加,循环变动基本不变。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 稀燃及直喷汽油机研究现状

1.3 可变气门驱动技术

1.4 缸内气流运动的作用

1.5 循环变动的影响

1.6 内燃机缸内气流运动的研究方法

1.7 本课题研究的内容及意义

第二章 实验系统的建立

2.1 PIV系统

2.1.1 粒子图像测速原理

2.1.2 PIV系统的组成

2.1.3 PIV控制系统

2.2 光学直喷汽油机

2.3 本章小结

第三章 不同最大气门升程对称面内滚流场分析

3.1 循环分析法

3.2 不同最大气门升程平面滚流场变化规律

3.3 平均参数的计算

3.3.1 平均滚流比计算

3.3.2 湍流强度计算

3.3.3 湍动能计算

3.4 本章小结

第四章 不同最大气门升程进气门下方平面滚流场分析

4.1 不同最大气门升程平面滚流场变化规律

4.2 平均参数的计算

4.2.1 平均滚流比计算

4.2.2 湍流强度计算

4.2.3 湍动能计算

4.3 本章小结

第五章 不同最大气门升程水平面涡流场分析

5.1 不同最大气门升程水平面涡流场的变化规律

5.2 总体参数计算

5.2.1 平均涡流比计算

5.2.2 湍动能计算

5.3 本章小结

第六章 不同最大气门升程改进涡流场分析

6.1 不同最大气门升程缸内涡流场变化规律

6.2 不同测量平面缸内涡流场分析

6.3 改进前后涡流场对比

6.4 低通滤波的作用

6.5 平均参数的计算分析

6.5.1 平均涡流比计算

6.5.2 涡心位置变化

6.5.3 湍流强度计算

6.5.4 湍动能计算

6.6 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢