论文题目: FAI二冲程缸内直喷汽油机的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 动力机械及工程
作者: 蔡晓林
导师: 杨延相
关键词: 缸内直喷,二冲程汽油发动机,燃油喷射系统,燃油消耗,排放,缸内流场模拟
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 二冲程摩托车因为排放差油耗高被市场逐渐冷落,在技术上解决二冲程汽油机排放油耗问题的关键是采用电控燃油缸内直喷燃烧系统。本文将成本低、简单可靠的新型脉冲式FAI(Free Armature Injection)燃油喷射单元应用于100cc排量的二冲程汽油机,进行了电控燃油缸内直喷燃烧系统的研究,开发成功了发动机样机,并装载于一台AX-100型摩托车样车,进行了初步整车试验。以原化油器发动机为基础,重新设计改造了一个适合缸内直喷的进气、供油和燃烧室系统。并且通过大量的发动机台架试验,分析了喷油相位和喷油器的结构参数、燃烧室形状、旁通孔的大小等参数对发动机低速低负荷工况下的性能、燃油消耗和排放的影响规律;通过最后的优化和实际的考虑,获得了最终的二冲程直喷发动机样机的控制MAP图,试验研究了其动力性、燃油经济性以及排放性能,还做了该样机和原化油器发动机的动力性能、燃油消耗率和排放性能的比较。利用AVL公司开发的专业的发动机流场分析软件FIRE和动网格的技术进行了二冲程发动机缸内直喷分层充气的多维数值模拟,从理论上探讨和研究燃烧室形状和喷油器的位置和方向、喷油相位和喷油液滴的索特平均直径SMD对直喷发动机的分层充气的影响。理论模拟研究结果表明,直喷发动机要实现较好的分层,需要很高的燃油雾化程度,和优化燃烧室的结构和喷油器位置等参数。由理论计算结果得到,喷油器在缸盖上的位置为15度左右(与中心竖直垂线方向),喷油相位为上止点前95度(排气口刚刚关闭)左右,分层充气效果较好;两种燃烧室(半球形和锥形)都有一定的分层效果,半球形燃烧室则略好一些。发动机台架试验研究结果表明,在怠速工况下,隔次喷射可以有效降低发动机的燃油消耗油量和HC排放水平;在低速低负荷工况下,大压力、小升程的喷油器,通过更好的雾化,可以更好的改善HC排放和燃油消耗。旁通孔的截面积越大(一定范围内),残余废气量就越小,泵气损失也越小,就越能改善HC排放和燃油消耗,但是扭矩难以调节,不能得到稳定的低怠速,难以适应实车的应用。旁通孔的截面积比较小,则斜锥形燃烧室较为适合,HC排放和燃油消耗改善较好;反之,较大的旁通孔则半球形燃烧室的HC排放和燃油消耗改善好。而在大负荷及高速工况,在不导致喷油直接进入排气口的前提下,尽可能提前喷油可以基本实现均质燃烧,获得大扭矩,同时大幅度降低燃油消耗率和HC排放量。将试验样机装在摩托车上的整车初步试验结果表明,开发的FAI二冲程缸内直喷摩托车,能够正常行驶,加速性能良好,启动容易,HC排放浓度比原化油器车有大幅度降低。但怠速转速偏高,怠速稳定性也有待进一步提高。总之,FAI缸内直喷技术,可以完全消除二冲程汽油机的燃油短路的现象,极大地改善大负荷工况性能。在低速低负荷工况下,通过实现一定程度的分层燃烧,使得燃油消耗和HC排放得到了较大的改善,但是还没有达到很理想的状态。在整个运行工况范围内燃油消耗率降低约20-30%,HC排放改善很多。整车的过渡工况响应良好。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 缸内直喷技术
1.2.1 缸内直喷技术的发展阶段
1.2.2 缸内直喷技术理论上的优点和实际应用研究中发现的缺点
1.3 二冲程汽油机缸内直喷技术
1.3.1 传统化油器式二冲程汽油机的主要优缺点
1.3.2 国外直喷二冲程汽油机进展
1.3.3 国内研究现状
1.3.4 存在的问题
1.4 发动机缸内流场的多维数值模拟
1.5 本课题的主要工作及意义
1.5.1 选题的目的
1.5.2 本课题的主要研究工作
1.5.3 本课题的意义
1.6 本章 小结
第二章 FAI 二冲程发动机直喷系统设计
2.1 FAI 二冲程发动机直喷系统的总体构成
2.2 燃油喷射系统
2.2.1 缸内直喷燃油喷射系统的特性
2.2.2 FAI 燃油喷射系统
2.3 直喷系统的控制策略
2.3.1 直喷系统的常用的控制策略
2.3.2 本文的控制策略
2.4 燃烧系统的设计
2.4.1 直喷汽油机常用燃烧系统
2.4.2 本文研究所用的二冲程缸内直喷燃烧室系统
2.5 本章 小结
第三章 二冲程直喷发动机台架试验系统
3.1 台架试验系统
3.2 电喷发动机开发系统（DISI）
3.2.1 发动机的测控系统
3.2.2 基准MAP 图的生成
3.3 本章 小结
第四章 缸内直喷分层充气的多维数值模拟
4.1 引言
4.2 多维数值模拟计算模型概述
4.2.1 基本控制方程
4.2.2 计算模型
4.3 初始条件和边界条件的确定
4.4 多维数值模拟的计算结果与分析
4.5 本章 小结
第五章 缸内直喷发动机的试验数据与分析
5.1 怠速工况的特性研究
5.1.1 台架试验结果及分析
5.1.2 实际装车后的怠速试验
5.2 低速低负荷工况的研究
5.2.1 喷油定时对直喷发动机的影响
5.2.2 空燃比对直喷发动机的排放和燃油消耗影响
5.2.3 低速低负荷工况下温度对直喷发动机的排放的影响
5.2.4 喷油器的安装角度（即喷油方向）的影响
5.2.5 喷油器对所能承受热负荷的影响
5.2.6 喷油器参数的影响
5.2.7 燃烧室对低速低负荷工况的影响
5.2.8 旁通孔对低速低负荷工况的影响
5.3 中、高负荷工况的研究
5.4 缸内积炭的影响
5.5 发动机的冷启动工况的研究
5.6 FAI 二冲程直喷发动机的MAP 和性能
5.7 整车的试验研究
5.8 本章 小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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