非同步气门正时对GDI汽油机缸内流场及整机性能影响的研究

摘要

能源危机和环境问题使节能环保成为内燃机发展的主题。缸内直喷技术(GDI)配合可变气门正时技术(VVT)和废气涡轮增压技术是被认为最有前景的技术，可以实现汽油机的高效清洁燃烧。
　　本文基于某配有DVVT的1.5T缸内直喷汽油机，利用试验台架和三维数值模拟方法，研究了在气门开启持续期不变的情况下，该发动机在2000r/min时，不同进排气VVT策略对发动机缸内流场、燃油雾化、燃烧过程和排放的影响。
　　在发动机台架上以原机气门正时为零点。调节进、排气VVT，以最佳燃油消耗率为目标。结果表明，当将原机的进气门正时推迟时，发动机的燃油消耗率先减小，后增大，但是均要小于原机，同时扭矩也下降。当将排气门正时正时改变时，提前开启排气门可以使得发动机油耗降低，但功率也会随之下降;延迟开启排气门会使发动机的油耗恶化，而扭矩并无明显改善。
　　在CFD软件中，独立调节进气门1或者排气门1的正时，使两个进气门（或排气门）的正时不同步，实现非同步气门正时。结果表明，采用非同步排气门止时时，缸内的流场与原机均不同。湍流动能均呈现“三峰”变化，而且缸内的平均湍流动能均大于原机的（排气门1提前20℃A开启时变化最大），缸内的气体的平均流速均大于原机，并使得燃油蒸发加快，在上止点时缸内的混合气更加均匀，但会使得缸内的残余废气质量增大。综合考虑排放和爆压，排气门1提前20℃A开启有很大的动力和排放优势。
　　将进气门1的正时延迟或者提前后，非同步进气门正时下缸内流场的变化更加复杂。在进气行程，非同步进气门正时下缸内的平均湍流动能均略大于原机的。但是在压缩行程进气门1延迟20℃A开启使缸内湍流动能小于原机。非同步进气门正时下的滚流比要略大于原机的，且在进气行程时，滚流比峰值出现的位置要略早于原机。进气门1延迟20℃A开启也使燃油蒸发率要小于原机。非同步进气门正时下缸内的残余废气质量与原机相差不多，但是其燃烧速率会明显小于原机。在排放方面，进气门1提前20℃A开启使NOx排放优于原机，CO排放较原机差;而进气门1延迟20℃A开启时的排放则与之相反。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 课题研究动态

1．2．1 缸内直喷技术的研究现状

1．2．2 可变气门正时技术的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第二章 VVT对发动机性能影响的试验研究

2．1 发动机试验平台

2．2 进气门正时对发动机性能的影响

2．2．1 进气门正时对最佳油耗及扭矩的影响

2．2．2 进气门正时对燃烧的影响

2．2．3 进气门正时对最大爆压影响

2．3 排气门正时对发动机性能的影响

2．3．1 排气门正时对最佳油耗及扭矩的影响

2．3．2 排气门正时对燃烧的影响

2．3．3 排气门正时对最大爆压的影响

2．4 本章小结

第三章 计算模型建立及验证

3．1 一维GT—Power模型建立与验证

3．2 三维CFD模型建立与验证

3．2．1 建立几何模型

3．2．2 三维动网格生成

3．2．3 计算模型及控制方程选择

3．3．4 三维CFD模型的验证

3．4 本章小结

第四章 非同步气门正时对缸内流场的影响

4．1．1 计算工况

4．1．2 分析截面选取

4．2 非同步排气门正时对缸内流场的影响

4．2．1 非同步排气门正时对截面一内速度场的影响

4．2．2 非同步排气门正时对截面二内速度场的影响

4．2．3 非同步排气门正时对截面四内速度场的影响

4．2．4 非同步排气门正时对缸内平均参数的影响

4．3 非同步进气门正时对缸内流场的影响

4．3．1 非同步进气门正时对截面一内速度场的影响

4．3．2 非同步进气门正时对截面二内速度场的影响

4．3．3 非同步进气门正时对截面四内速度场的影响

4．3．4 非同步进气门正时对缸内平均参数的影响

4．4 本章小结

第五章 非同步气门正时对发动机性能的影响

5．1 非同步气门正时对混合气形成过程的影响

5．2 非同步气门正时对燃烧的影响

5．2．1 非同步气门正时对缸内残余废气的影响

5．2．2 非同步气门正时对燃烧过程的影响

5．3 非同步气门正时对排放的影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况