崔东晓[1]2006年在《4V105柴油机四气门缸盖进气道的设计研究》文中认为进气过程进入柴油机汽缸内的空气量及其涡流强度对柴油机的动力性、经济性和排放性能有着重要的影响。柴油机缸内气体的流动状况很大程度上受到进气道气体流动的影响,因此进气道的设计在发动机的开发过程中占有重要的地位。本文以生产为目的,以气道稳流试验为基础,借助先进制造技术CAD/CAM和流体叁维数值模拟技术CFD等手段,成功设计了4V105四气门柴油机的进气道。本文在充分研究与课题相关的国内外相关文献基础上,通过对螺旋进气道和切向进气道这两种常用的进气道的分析,同时结合4V105四气门柴油机缸盖的关键结构参数,确定了采用双切向气道来产生进气涡流。利用Pro/E软件建立了4V105四气门柴油机的进气道模型,在激光快速成型机上烧制出进气道阳模,随后利用其制作出气道稳流试验用的气道石膏模型,缩短了整个项目的开发周期。论述了常用的气道试验方法及气道稳流试验台的布置,采用进气道流通特性常用的评价参数无因次流量系数和无量纲涡流数,对其计算公式进行了推导。在气道稳流试验台上对气道石膏模型进行了对比试验研究,确定了进气道的结构参数。为了认识缸内流场的速度、压力等微观信息,通过分析研究大量的文献,确定采用k～s模型、SIMPIE算法对所设计的进气道的进气过程进行瞬态叁维数值模拟计算,获得了各曲轴转角下缸内流场的速度、压力分布信息,分析了两切向进气道气流之间相互干涉的情况。本文采用进气道稳流试验和CFD计算相结合的方法得出了四气门柴油机双切向进气道的流通特性和对缸内流场的影响状况,为发动机相关结构的设计提供了可靠的依据。虽然本文所采用的气道设计方法及过程是针对4V105柴油机所展开的,但是同样可以应用于其他发动机进气道的设计开发过程中。
鲁祯[2]2014年在《基于多重约束条件复杂曲面内燃机切向气道参数化研究》文中认为气道性能的优劣，直接影响着内燃机缸内气体的流动和燃烧状况，进而影响内燃机的动力性、经济性和排放特性。内燃机气道，受气体流动特性、空间结构、铸造及加工工艺等多重约束条件限制，具有复杂的空间曲面结构，有关内燃机气道的设计及性能的评价一直是内燃机研究开发的重点之一。鉴于此，本课题围绕内燃机气道开展了稳态流动特性的评价方法、气道参数化设计及气道敏感性分析等系列研究。针对国内外现有的气道稳流评价方法不合理假设过多，不能对内燃机瞬态工况下充气效率、涡/滚流比等进行预测难题，根据理论分析，提出了一种基于气道稳流试验结果进行瞬态气道性能预测的方法，该方法充分考虑了内燃机瞬态工况下缸内压力变化、气体流动状态、充气效率、涡流和滚流的演变规律、残余废气、压缩比等因素，摒弃了传统评价方法中缸内压力恒定、充气效率为100%、气体不可压缩等不合理假设条件，建立了内燃机气道稳态工况和瞬态工况的对应关系，首次实现了内燃机不同转速下充气效率以及涡/滚流比的准确预测，该模型在某柴油机上进行了试验验证，结果表明：采用该评价方法预测的内燃机充气效率与试验值一致，实验值与预测值的偏差小于4%。开展了切向气道的全参数化设计研究。针对切向气道，提出并定义了18个气道参数，同时对叁维软件Pro/E进行了二次开发，构建了基于这些参数的气道生成系统，仅通过所定义的18个气道参数的输入，实现了切向气道的全参数化设计。在此基础上，采用气道稳流试验模拟方法，分别研究了Av、Ab、Hv、Ah、Ar、Ac等关键气道性能参数对气道性能的影响规律，研究表明：气道的流通截面与进出口壁面对气流的导向作用对气道的稳态流动特性有决定性的影响。在保持一定流通截面的基础上，性能参数对气道的流通能力影响较小，对涡/滚流比有较大的影响。其中，对于柴油机切向气道，进气道出口壁面对气流的垂直导向作用使涡流比的变化幅度达到20%，进气道出口壁面对气流的水平导向作用使涡流比的变化幅度达到15%；对于汽油机切向气道，进气道入口壁面对气流导向作用使滚流比的变化幅度达到4%，进气道出口壁面对气流导向作用使滚流比的变化幅度达到10%。为了对气道的参数进行优化，基于关键气道参数构建了人工神经网络预测模型，结合遗传算法，以内燃机气道性能系数为目标函数，对气道的参数优化进行了系统研究。研究表明：采用人工神经网络预测的气道性能与数值模拟结果具有较好的一致性，其中流量系数的偏差小于1%，涡/滚流强度的偏差小于1.5%。该优化方法在某汽油机气道上进行了数值模拟验证，优化结果显示，该汽油机气道最大气门升程下的流量系数在保持不变的基础上，滚流强度提高了6.12%。通过遗传算法在气道设计中应用，实现了对切向气道性能参数的优化调整，从而突破了传统基于经验和数据库进行气道开发的局限性，实现了进气量和气流运动形式彼此制约下气道性能的最优化。气道设计及优化完成之后，针对缸盖在生产过程中由于铸造及加工偏差引起的气道结构变形，可能会导致气道性能的突变，使内燃机机整体性能下降的现象，对某柴油机切向气道开展了敏感性研究，系统的分析了倾斜、偏心以及胀大叁种主要缺陷对气道性能的影响规律，研究表明：这叁种缺陷对柴油机切向气道流通能力的影响较小，对涡流比有较大的影响。当倾斜缺陷达到1°时，涡流比的最大偏差为9.3%；当偏心缺陷达到1.5mm时，涡流比的最大偏差为19.6%，当胀大缺陷达到1mm时，涡流比的最大偏差为7.8%。
祖炳锋[3]2006年在《基于虚拟设计的车用四气门汽油机工作过程研究》文中提出基于虚拟设计的车用四气门汽油机工作过程研究Research on the Working Process ofFour-Valve Gasoline Engi
韩君[4]2012年在《基于试验的柴油机进气道参数化设计方法及流通性能仿真研究》文中研究表明进气道作为柴油机气缸盖的重要组成部分，其几何形状及相对于气缸的位置决定了流量系数及涡流强度的大小，对柴油机的动力性与经济性有着重要的影响。本文针对进气道的设计问题，在前人研究的基础上，开展了快速高效进气道叁维造型设计、利用试验方法评价进气道的优劣、利用FIRE软件模拟进气流动状况并用于进气道的改进设计，以及螺旋进气道关键结构参数与其流通性能规律性等研究内容。在进气道叁维造型设计中，开发了一种具有良好鲁棒性的进气道参数化设计方法，使造型设计时间可以缩短3/4；引入先进的螺旋与直气道双进气道概念并进行了参数化设计，有效解决了涡流强度与流量系数之间的矛盾。最终形成快速高效螺旋与直气道双进气道参数化设计方法。采用快速成型技术加工了相应的树脂模型，并完成了稳流试验，采用CFD分析软件对气道流通性能进行了数值模拟，并在此基础上提出了气道改进措施，最后针对螺旋进气道的关键结构参数和位置参数与其流通性能之间的关系做了研究。参数化设计具有开发周期短，便于修改等优点，本文采用参数化设计方法对发动机进气道进行设计。主要介绍了形状比较复杂的螺旋进气道的参数化设计方法，建立了某型柴油机的螺旋与直气道参数化模型，并采用快速成型技术加工了相应的树脂芯盒。发动机气道的稳流试验具有设备简单、操作方便、成本低以及适于批量检测等特点，本文在AVL公司制造的气道稳流试验台上对某型柴油机的螺旋与直气道树脂芯盒进行了吸风试验，测得了该气道模型各气门升程对应的流量系数和涡流比。通过叁维流动数值模拟软件对发动机进气流动进行CFD仿真，不仅可以获得进气道的流量系数和涡流比等宏观流通特性，而且可以获得进气道及气缸内部流场的微观信息，为进气道的改进设计提供重要依据。本文采用FIRE软件对上述气道模型进行了叁维数值模拟，得到了该模型各气门升程对应的流量系数和涡流比，并将模拟结果与试验结果进行了比较，结果吻合较好。然后对缸内的流场分布进行了分析，指出了原气道模型存在的缺陷，提出了改进措施，对改进后气道模型重新进行了数值模拟，模拟结果显示流量系数和涡流比均有所提高。螺旋进气道是柴油机气缸盖的重要组成部分，研究其主要结构参数及其相对于气缸的位置对气道流通性能的影响规律，有助于在气道的设计开发中快速得到理想的模型。本文采用控制变量思想，选取螺旋进气道的6个关键结构参数及其相对于气缸的位置参数，研究了它们的变化对气道流通性能的影响规律。
盛迪[5]2004年在《YC4112ZLQ四气门涡轮增压中冷柴油机的开发试验研究》文中认为本文主要介绍了YC4112ZLQ增压中冷柴油机改为四气门后提高性能、降低排放使之达到欧洲Ⅱ号标准的研究过程。为了满足越来越严格的柴油机排放法规，各国生产厂商和研究机构都致力于将汽油机四气门技术应用到柴油机上。本课题的意义正在于四气门技术在YC4112ZLQ上的应用，以期提高其性能的同时降低排放，以满足国内日益严格的排放法规要求。 本文采用了理论计算与试验研究相结合的研究方法。首先进行理论计算，其次再进行烦琐的试验匹配。提高性能和降低排放的具体措施是四气门缸盖涡流比的优化、进排气系统的改进(主要包括增压系统匹配、凸轮轴的局部优化、脉冲排气管的试应用、进气压力、温度调整等)、燃烧系统的改进(主要包括压缩比的提高、涡流比的匹配、油嘴突出高度的调整等)、供油系统的改进(主要包括7孔喷油器的应用、供油提前角的调整等)，除此之外对降低机油消耗率也进行了初步的研究。试验证明，通过各系统的优化与匹配，明显的改善了发动机的性能，同时降低了排放。与原机相比NOx下降了14％，PM下降了4％，HC下降了20.8％，CO下降了16.7％。 研究过程中采用AVL670燃烧系统分析仪与德国FEV排放测量系统，对许多重要方案进行了对比测试与研究，文中对各方案进行了详细的对比研究。 经过努力成功地使YC4112ZLQ四气门涡轮增压中冷柴油机达到预期性能目标，并成功通过了欧洲Ⅱ号排放法规。
秦静[6]2006年在《可控自燃汽油机燃烧过程及其控制的研究》文中研究说明可控自燃(Controlled Auto Ignition,CAI)汽油机因具有低氮氧化物排放和高热效率的特点而受到内燃机界的广泛关注,但CAI汽油机面临着火时刻控制和负荷扩展的难题。本文通过试验和模拟计算深入研究了汽油机CAI燃烧过程,分析了影响汽油机CAI燃烧的因素及其作用机理,通过敏感性分析探询这些影响因素的主要控制手段及关键控制参数,进而通过协同各控制参数改变燃烧的初始条件和边界条件以达到汽油机CAI燃烧控制的目的。在Ricardo单缸试验机上利用两对小升程进、排气凸轮轴,通过废气捕捉的方法实现了稳定的汽油机CAI燃烧。试验结果发现,残余废气率和空燃比是影响汽油机CAI燃烧过程的关键因素。其中,残余废气不仅提供了CAI燃烧所必需的热能,还起到了控制着火时刻、负荷大小和放热速度的作用。基于以上试验结果,本文提出了一个双阶段放热率公式来描述汽油机CAI燃烧过程,并结合一维发动机数值模拟方法,研究各控制参数对残余废气率和CAI燃烧过程的控制作用。计算结果表明,空燃比对着火时刻的影响最为明显,尤其是在混合气过稀时。而排气门定时决定了缸内混合气中残余废气和新鲜空气的比例,是控制CAI汽油机着火时刻和负荷的重要手段。为研究气门运动特性对汽油机CAI燃烧过程的控制作用,在Simulink环境中建立了带有进/排气门升程及定时都可控的四变量气门执行机构(4-variable valve actuating system, 4VVAS)的汽油机仿真试验平台,对其性能和气门参数控制特点进行了预测和分析,并在4VVAS-CAI发动机试验台架上进行了试验研究。仿真和试验结果都表明,可变气门机构能够有效地控制汽油机CAI燃烧过程。其中,排气门定时及升程能够控制缸内残余废气率,从而控制了混合气特性和压缩初始温度,进气门定时和升程能够调节发动机的有效压缩比和进气回流,以改变压缩过程中混合气的温度历程。不同气门升程下的发动机运行负荷范围不同,4VVAS系统通过使用不同升程的气门型线能够拓展低转速小负荷和高转速大负荷的运行范围。气门升程和定时的灵活可控使得4VVAS-CAI汽油机可采用不同的气门定时和升程组合方式获得相同的运行工况点,方便了各工况点的优化。此外,4VVAS机构能够实现CAI汽油机的负荷过渡,其中,同时调整气门定时和升程能够加快负荷过渡过程。
李兴义[7]2016年在《基于代理模型的增压型柴油机进排气敏感度研究》文中指出和汽油发动机相比,柴油机具有热效率高、功率密度大等优点,因此柴油机自发明以来应用愈广,各方面都取得了十分显着的进步。随着近几年空气不断恶化,节能减排理念深入人心,柴油机要想继续发展,必须提高热效率来提高经济性和排放性;另一方面,柴油机广泛应用的同时出现很多苛刻的应用场景,比如高原低气压燃烧,高强度高压燃烧,这些场景下性能响应会发生变化。燃烧过程中,高效的进排气过程对发动机性能作用十分显着,因此针对增压型柴油机换气过程的研究是十分必要的。本文首先介绍了单缸模型实验测试系统,并基于此实验系统建立WAVE柴油机性能仿真模型,结合缸压曲线、放热率曲线、功率、进气量等实验数据,对WAVE的燃烧模型、摩擦模型、传热模型、控制参数等进行了校核与验证,并结合额定工况的计算结果对功率的影响因素进行了分析。针对不同强度和不同进排气状态制定研究方案,然后使用WAVE计算了初始样本。通过高精度的代理模型拟合,高效的完成了进排气门对柴油机功率影响的研究与分析,得到同一工况下功率随进排气门变化的普适规律,以及不同强度和不同进排气压力状态下,功率随进排气门变化的规律,并完成各个工况下的进排气门敏感度计算和分析。最后结合进气量、BMEP、PMEP随进排气门变化的关系来进行机理分析。另外,结合当前工程实际,计算出每个工况的最优功率以及对应的最优气门组合,并总结对比了各个工况下进排气门直径比值R和功率之间的关系,总结出最优功率的R值随工况的变化规律。全文的研究为进排气门的设计工作提供了十分重要的依据。
王春辉[8]2013年在《4气门柴油机进气和压缩过程缸内流场的影响因素研究》文中研究指明柴油机工作过程中,进气系统、燃油喷射系统和燃烧室结构是组成燃烧系统叁要素,叁者之间的合理匹配对提高柴油机的整机性能有重要意义。小缸径车用柴油机采用4气门不仅可以增大进气截面积,提高充气效率,还可以有效降低燃油消耗率以及有害物质排放。但4气门高速直喷柴油机两相邻进气道的进气流动会相互干涉,从而影响进气系统的流量和涡流形成。同时,燃烧室形状结构强烈影响着缸内挤流和逆挤流强度等流动特性。为此,针对一款4气门高速直喷式柴油机,采用叁维建模、数值仿真和稳态试验相结合的方法研究了影响进气和压缩过程缸内流动特性的影响因素。首先,采用稳态试验研究和数值模拟方法对螺旋进气道、切向进气道及4种不同组合进气道的流动特性进行研究,提出了两个进气道组合的流动干扰分析方法,同时分析了进气流动对缸内流场的影响。利用数值模拟方法,进一步探讨了气缸内流动的规律。研究结果表明：4种组合进气道的流量系数仿真结果与试验结果吻合较好；与单个进气道相比,采用双进气道可以增加缸内充量,提高小气门升程的涡流比；两个相邻的进气道之间存在相互干涉,其对缸内流量系数影响不大,但对涡流运动会产生较大影响；气缸内气体运动表现出一定的规律性。其次,应用AVL FIRE软件对4气门高速直喷式柴油机进气-压缩过程进行了叁维瞬态数值模拟,对进气行程和压缩行程不同曲轴转角缸内气体速度矢量分布进行了分析,同时还描述了缸内涡流形成发展的过程和规律。研究结果表明：进气过程中,在靠近气缸壁附近形成了许多微小涡流,同时,ω型燃烧室中形成了两个对称的滚流,随着曲轴转角不断增大,燃烧室中对称的涡流强度减弱；压缩行程缸内大尺度的滚流破碎成许多小尺度的涡流,压缩行程末期活塞表面和气缸盖靠近的部分形成一定的挤流运动,进一步增强燃烧室内的湍流强度；在压缩过程中,缸内气体形成了有规律的旋转运动,当活塞靠近上止点时,缸内的流动特性表现为挤流运动和压缩涡流的复合流动。此外,还着重研究了柴油机燃烧室几何形状对缸内气体流动的影响。通过叁维建模软件NX UG设计了4种不同的燃烧室形状,分析了燃烧室主要结构参数对缸内速度特性、挤流运动、逆挤流运动以及湍流动能分布的影响。分析结果表明：燃烧室形状对下止点附近缸内气体流动状态的影响不大；挤气面积的大小对挤流强度有非常重要的影响,适当减小燃烧室的喉口直径,增大挤流面积,可以在压缩末期形成较强的挤流运动,促进燃烧速率；燃烧室底部凸台形状是逆挤流形成和发展的关键因素之一,斜面基本成45°的锥形底部凸台对气体的导流作用更加明显,并且可以使逆挤流强度在较高水平保持10°CA左右；适当减小缩口型燃烧室的喉口直径,即较小的径深比,有利于增强气缸内的湍流动能,提高气流运动活跃程度。
刘文超[9]2013年在《柴油机进气过程通流特性研究》文中指出进气过程是柴油机工作过程中十分重要的环节，进气量和进气过程中的缸内流动情况对后续的喷雾和燃烧有重大的影响，进而影响柴油机的动力性和燃油经济性。近年来，随着研究的深入，缸内流动过程的瞬态数值模拟已经成为国内外学者研究的热点。本文中针对柴油机进气过程的通流特性进行研究。采用叁维瞬态数值模拟方法，研究了柴油机不同运行参数和缸内结构参数对通流特性的影响。首先，研究了柴油机不同转速、不同行程缸径比、不同进气喉口直径与缸径比情况下的进气道平均流量系数、气缸充量系数、缸内气流平均涡流比等参数的变化规律，绘制了相关的变化曲线并对其进行了分析。其次，对进气终了时刻的缸内流场状况进行了分析，包括缸内湍流状况与涡流运动的形成与发展。讨论了改变上述叁种运行参数和缸内结构参数对缸内湍流和滚流状况的影响，得到了平均湍动能随它们的变化规律。最后，对气门重迭时期的缸内扫气过程及其发展状况进行了研究，分析上述参数变化对扫气效果的影响。得到了扫气效率和扫气系数随上述参数的变化规律，并进行了相应分析。通过上述研究发现，转速的变化对各参数的影响有较强的规律性，本研究对针对具体通流特性参数的发动机转速的初期设计有较强的指导意义；行程缸径比和进气喉口直径与缸径比对各参数的影响规律比较复杂，本研究对针对具体通流特性参数的结构参数的初期设计有一定的指导作用，但仍有大量工作需要进一步完善。
许洪军[10]2004年在《选择还原催化器降低准均质稀薄燃烧汽油机氮氧化物实验研究》文中指出日益严峻的能源和环境问题是汽车工业发展所面临的严重挑战。稀薄燃烧因其良好的燃油经济性和排放特性,成为车用汽油机发展的一个重要方向。但稀燃条件下的富氧尾气使得传统叁效催化器对NOX转化效率降低,吸附还原型稀燃NOX催化器虽然有较高转化效率,但汽油中的高硫含量易使其中毒。鉴于此,本文进行了稀燃汽油机NOX排放碳氢选择还原(HC—SCR)催化方法的实验研究。在动量计式稳流气道试验台上测量了试验用四缸、16气门产品汽油机的进气流动,并采用Ricardo方法进行了评价。实验证明该汽油机具有较强的滚流性能,为实现稀薄燃烧提供了可能。基于虚拟仪器技术,本文提出了将虚拟仪器和发动机电控系统相结合的新思路,开发构建了基于虚拟仪器技术的准均质稀薄燃烧电控系统,成功实现了准均质稀薄燃烧,稀燃极限达22.5,并为进行选择还原净化稀燃汽油机NOx后处理提供了虚拟仪器催化实验平台。采用原位合成技术制备了分子筛/堇青石整体式稀燃催化剂,并应用XRD、SEM和ICP等方法进行了表征。在进行配气实验的同时,在发动机台架上实验研究了Cu-ZSM5、Cu-Pd-ZSM5、Cu-Rh-ZSM5和Cu-Ir-ZSM5/堇青石整体式分子筛对稀燃汽油机NOx排放的催化特性。实验结果证明,Cu-ZSM5单金属分子筛催化器活性较低,但催化温度特性好,适于作为多金属离子交换的分子筛载体。首次发现钯、铑/堇青石整体式分子筛催化剂组合试样在稀燃温度范围内,NOX的转化效率总体呈现持续稳定趋势,转化率为45%左右。NOX转化温度特性曲线表明:组合实验产生了分段催化的效果,通过将不同活性温度范围的催化剂组合使用,扩大了催化剂起活温度和活性温度窗口。Cu-Ir-ZSM5分子筛小试样催化结果显示,CO参与了NOX的选择还原反应,甚至起到了相当重要的作用。发动机台架实验结果还证明,催化剂抗硫中毒、抗高温以及抗水蒸气能力较强。根据发动机尾气催化的实际需要,采用经工业放大的整体式分子筛催化剂大试样(?82×125mm),并结合叁效催化器对稀燃NOX后处理进行研究。稀燃典型工况下,Cu-Ir-ZSM5在空速比为50,000/h时,NOX转化效率最高可达41.6%;同样空速情况下,接有叁效催化器时,NOX转化效率在3650C左右时达到最大值51%。在空速比为18,000/h时,最大NOX转化率为71.6%。超过国家“863”立项指南上对NOx选择还原催化转化效率为60%的要求。
参考文献：
[1]. 4V105柴油机四气门缸盖进气道的设计研究[D]. 崔东晓. 湖南大学. 2006
[2]. 基于多重约束条件复杂曲面内燃机切向气道参数化研究[D]. 鲁祯. 天津大学. 2014
[3]. 基于虚拟设计的车用四气门汽油机工作过程研究[D]. 祖炳锋. 天津大学. 2006
[4]. 基于试验的柴油机进气道参数化设计方法及流通性能仿真研究[D]. 韩君. 中北大学. 2012
[5]. YC4112ZLQ四气门涡轮增压中冷柴油机的开发试验研究[D]. 盛迪. 广西大学. 2004
[6]. 可控自燃汽油机燃烧过程及其控制的研究[D]. 秦静. 天津大学. 2006
[7]. 基于代理模型的增压型柴油机进排气敏感度研究[D]. 李兴义. 北京理工大学. 2016
[8]. 4气门柴油机进气和压缩过程缸内流场的影响因素研究[D]. 王春辉. 昆明理工大学. 2013
[9]. 柴油机进气过程通流特性研究[D]. 刘文超. 华中科技大学. 2013
[10]. 选择还原催化器降低准均质稀薄燃烧汽油机氮氧化物实验研究[D]. 许洪军. 天津大学. 2004