气道和燃烧室形状对汽油机缸内流场影响的计算研究

为探究气道及燃烧室形状对汽油机缸内流场的影响,以某1.4L多点进气道喷射(MPI)汽油机为研究对象,利用AVL-FIRE软件对原机进气道形状进行稳态数值模拟计算,并对原汽油机在2 800r/min最低比油耗工况点进气及燃烧过程进行瞬态数值模拟计算。基于计算结果对进气道及燃烧室形状进行优化设计,提出4种计算方案,对优化前后各计算方案的缸内速度场、湍动能场、火焰前锋面密度和瞬时放热率进行对比分析。结果显示:改进气道的滚流比明显高于原机气道;结合改进气道,进气侧凸起活塞能够更好地维持滚流;在点火时刻,改进气道结合进气侧凸起活塞这一计算方案的缸内湍流分布及湍动能优于改进气道结合大曲率凹坑活塞、原机气道结合原机活塞(压缩比12)与原机计算方案,点火后火焰传播速度最大,燃烧速度最快。优化进气道及燃烧室形状能够加强缸内气流运动,提高点火时刻缸内湍流强度,加速火焰传播,改善燃烧过程。     

提高四气门汽油机缸内滚流强度的研究

在四气门汽油机中,运用滚流运动组织快速燃烧过程或混合气分层稀燃过程,都需要提高滚流强度。作者在一台单缸四气门汽油机上,通过 Ｌ Ｄ Ａ 测量,研究了滚流的形成过程,提出了提高滚流强度的机理,并对进气道结构、燃烧室内进气门出口侧壁屏蔽对滚流运动强度的影响进行了初步研究。研究结果表明,在滚流形成过程中,缸内首先出现双涡旋结构,以后演变成为单涡旋结构的滚流运动。增加流经排气门侧的进气气流或抑制直接沿进气门侧缸壁流入气缸的气流,都能提高滚流强度。     

可变滚流GDI发动机缸内气体流动特性模拟研究

在一台可变滚流比直喷汽油机(GDI)上对不同滚流强度下缸内冷态湍流流场进行了数值模拟研究,并通过PIV结果进行了实验验证。研究结果表明:进气翻板关闭将显著提高缸内滚流强度并产生较强的湍流,尤其在气门升程最大时刻,其滚流比约为翻板开启时的5倍,湍动能为后者的4倍左右;缸内流场在高滚流比工况时较早地形成单一大尺度涡,同时涡心更明显,流场更加规则,流速相对较高,在进气下止点时平均流速为20m/s;在压缩过程中,高滚流比工况湍流的黏性耗散较大,湍动能衰减较快;但在压缩末期缸内湍动能较低滚流比工况高,同时分布更加均匀。     

四气门汽油机缸内滚流运动的LDA实验研究

为了研究丰田 8A汽油机缸内气流运动状况 ,将一台Cagiva3 5 0单缸四气门汽油机重新设计改造成为与之相近的且可以进行激光诊断测试的试验样机 ,选取二氧化钛为示踪粒子 ,采用激光多普勒测速法 (LDA)研究了该样机在进气和压缩冲程缸内流场的变化情况 .研究结果发现 ,滚流在进气过程中就开始形成 ,并在实验所能实测的曲轴转角范围内一直保持 ,接近上止点时旋涡虽严重畸变 ,但仍未破碎为小尺度的湍流 .     

超高滚流对高热效率汽油机燃烧过程影响研究

以某自然吸气高压缩比直喷汽油机为研究对象,利用一维软件和三维软件对汽油机的工作过程进行了数值模拟,探究了超高滚流进气系统在高热效率燃烧系统中对燃烧性能的趋势性影响。研究中设计了三款不同滚流比气道和四种计算方案,对不同计算方案的瞬态滚流比、瞬态湍动能、缸内速度场、当量比分布、放热率和缸内平均压力等进行了对比分析。研究结果表明:滚流比的大小影响缸内混合气的分布和湍动能的强度,较强的滚流比可以将更多能量保留到上止点附近,提高点火时刻缸内平均湍动能,从而影响缸内燃烧,进而影响发动机的性能;带凹坑的活塞形状设计可以使湍动能在不同滚流比下都保持在相对中心位置,使火花塞处在湍动能较高区域,有利于点火之后火焰的迅速传播;在此燃烧系统中,滚流比增大到一定程度后,缸内的平均压力峰值难再提高,对性能的增益已接近极限,过高的滚流比对发动机性能的提升已无明显作用。     

二气门汽油机缸内滚流运动湍流特性的LDA试验研究

在一台具有较强滚流比的二气门汽油机上用二维 Ｌ Ｄ Ａ测量了燃烧室内沿气缸直径方向各测点处气流运动的规律。在考虑压缩过程中缸内滚流运动会受到影响的情况下对流场进行的分析表明,压缩过程初期和中期缸内滚流仍存在,只是到了压缩末期滚流才畸变破碎。通过相关分析和谱分析,说明了这一过程的发展变化复杂。作者建议使用有效平均速度的概念来计算湍流的积分长度尺度。     

2气门汽油机滚流进气系统的稳流实验研究

滚流（ｔｕｍｂｌｅ）本来是多气门发动机中应用的一种用于改善发动机性能的空气运动形式,其原因在由滚流生成的紊流具有尺度大,强度高的特点,可对汽油燃烧产生的有利影响,２气门汽油机一般不具备多气门发动机那样的进排气道侧布置的条件,这为滚流在２气门汽油机上的应用造成障碍。本文作者着眼有于目前国内的实际发动机生产水平,摸索了几种２气门汽油机中产生滚流的方案,通过稳流实验及性能实验证明２气门发动机中同样可以产     

缸内直喷汽油机高压旋流喷油器流动特性模拟研究

为了揭示直喷式汽油机高压旋流喷油器内燃油的流动特性及其影响因素,利用STAR-CD软件建立了压力旋流喷油器计算模型,并对喷油器内燃油的速度和压力变化历程以及旋流孔倾角和喷油压力对喷油器内流动特性的影响规律进行了研究.计算结果表明,在旋流喷油器内燃油的轴向速度不断增大,且在喷孔出口处达到最大值;而其切向速度则在喷孔入口处达到最大值,然后在喷孔内逐渐减小.随着旋流孔倾角的增大,燃油的喷射速度和湍动能减小,但初始涡流角增大.随着喷油压力的增大,燃油的喷射速度和湍动能均随之增大,而初始涡流角基本不变.     

汽油机缸内反滚流辅助气道的流动特性

为改善汽油机稀燃性能,开发了一种可形成反滚流运动的辅助气道,进行了流动性能的实验研究．稳流实验台测试结果表明,仅采用辅助气道时,无量纲滚流强度最大为0．39,证实了设计的辅助气道具有较强的反滚流能力,有利于汽油机在部分负荷时实现稀薄燃烧,改善燃油经济性．增加辅助气道后,流量和流量系数比仅采用主气道时增大10％左右,并可以形成较强的斜轴涡流,有利于改善汽油机全负荷运行时的动力性能．     

4气门汽油机气道滚流比测试方法的试验研究

对汽油机缸内滚流直接测量方法的测试装置进行了可视化处理,在自主开发的气道稳流试验台上,通过PIV技术研究稳态滚流测试过程中流场的微观结构及其演化规律,阐明不同模拟缸套结构参数对气道滚流比影响规律.结果表明,不同结构参数的模拟缸套内流场结构在气门升程达到一定范围时都会发生变化,形成大尺度逆时针滚流,并且会导致缸内各测量截面滚流比曲线斜率增大.而缸内流场不同区域受缸套形状影响程度不同,出气口附近截面内滚流比受其影响最大,对于出气口直径为0.35倍缸径的模拟缸套,出口附近截面内滚流比出现非常高增幅的跃升,跃升后滚流比达到3.08.气道稳流试验模拟缸套内滚流比的变化规律从根本上受角动量守恒支配,缸套形状与滚流比产生增幅过高的跃升存在本质的联系.     

用PIV方法研究四气门汽油机缸内滚流运动

选取一台Cagiva350单缸四气门汽油机作为试验样机,重新设计了具有透明活塞顶和透明缸套的加长部分,并使之与丰田8A汽油机的基本参数接近,以二氧化钛为示踪粒子,采用激光粒子图像速度法(PIV)研究了该样机在进气和压缩冲程缸内滚流流场的变化情况.研究结果表明,滚流在进气过程中开始形成,逐渐演变成与缸径同大的大尺度旋涡,并在实验所能实测的曲轴转角范围内一直保持,在60°CABTDC时旋涡发生严重畸变,但仍未破碎为小尺度的湍流.     

汽油机PIV稳态进气试验及滚流比计算

针对某3缸汽油机,搭建了粒子图像测速(PIV)可视化试验测试系统,并进行缸内流场测量。研究了通过不同流场切面进行滚流比计算的试验方法,并进行了试验与仿真结果的对比。研究结果表明:基于2D3CPIV试验测得的缸内横切面速度场与AVL FIRE软件仿真数据具有较好的一致性,试验与仿真计算的流量系数与滚流比随气门升程的变化趋势吻合,误差在合理范围内。通过2D2C PIV可以测得缸内不同切面的速度场来表征缸内三维的流场变化,其中气门轴对称切面很好地表征了滚流的运动状态,此外,通过一系列PIV测量得出的等间距轴向切面与旋转轴向切面可以拟合横切面的速度场,其速度分布与梯度变化趋势与2D3C测得的速度场相同,但测得滚流比计算值偏小。     

直喷式汽油机缸内浓度场数值模拟

对直喷式二冲程汽油机缸内浓度场进行了数值模拟,选取两种代表性的发动机工况,采用球顶燃烧室,改变喷油定时和喷雾方向,研究它们对燃烧室内混合气浓度分布的影响。通过仿真分析得到:喷油定时和喷油方向对缸内浓度场分布有很大影响。当喷油器的中心轴线与气缸中心轴线的夹角为15°的喷油方向,喷油定时在低负荷选择95°CA、高负荷选择160°CA时,可以在火花塞附近形成有利于点火的混合气浓度,在整个燃烧室形成有利于分层燃烧的浓度场分布。     

缸内直喷汽油机工作过程三维数值模拟

用三维CFD数值模拟软件对一台均质充量缸内直喷汽油机全负荷工况时的进气、压缩和混合气形成过程进行了三维瞬态数值模拟.分析了进气道内及气缸内的工质运动状态,研究了缸内滚流的形成和发展历程及其对混合气形成的影响,探讨了两种喷油定时所对应的燃油喷雾、混合气形成过程.结果显示,在现有条件下喷油开始时刻为420°CA所对应的点火...     

进气道型式对四气门汽油机进气流动特性的影响

在稳流气道试验台上,研究了四气门汽油机整体式和分体式进气道进气流通特性及产生的缸内滚流特性,提出了进气不均匀度和进气终了滚流比不均匀度的概念．发现四气门汽油机各缸产生的最大滚流轴线与曲轴轴线夹角是不同的．整体式进气道流通系数和平均流通系数大于分体式进气道．分体式进气道进气终了滚流比大于整体式进气道,平均进气终了滚流比增加7％．分体式进气道进气不均匀度小于整体式进气道,而进气终了滚流比不均匀度则大于整体式进气道．