无节气门控制下汽油机缸内气流运动特性的试验研究

论文摘要

可变气门驱动装置应用到汽油机上,将可以在无节气门下实现负荷调控。部分负荷下,取消节气门或一直保持节气门全开,通过改变进气门升程而不是节气门的开度来控制空气进气量,从而实现控制负荷的目的。然而,取消节气门,采用可变气门负荷控制,会使汽油机的工作状态产生很大变化,尤其是可变气门升程,对缸内气流运动产生很大影响。为了研究这一特性,采用粒子图像测速技术,在一台四气门光学发动机上研究了不同气门升程下缸内气体流动特性。完成了极低气门升程下气道稳流试验。在极低气门升程下,气道流通能力良好,流出系数位于1附近,与理论值接近。分别采用双气门、单个气门工作方式,试验了气道稳流特性,发现关闭一个气门可大幅提高发动机的滚流比。流量系数的实验结果与流出系数结果相一致,说明光学发动机气缸盖具备良好的进气能力。光学发动机由电机拖动,在三种转速（480r/min、720r/min和960r/min）下,分别采用四种进气凸轮轴,最大升程分别为6.836mm、4.0mm、2.5mm和1.7mm,采用激光粒子图像测速技术研究发动机缸内气体流动状况。实验结果表明:随着发动机转速的提高,缸内气流速度和湍动能都随之增加,但在压缩冲程末期,湍动能的变化不大。低气门升程下流场的滚流比较低,但涡流比较高,可以在缸内产生强烈的涡流运动。各工况下的流场在120 CA ATDC左右滚流比达到最大值,210o CA ATDC左右涡流比达到最大值。通过湍流流场积分尺度的计算得出,高的气门升程下压缩冲程末期形成的流场均匀性较好,有利于燃油的混合,而低气门升程下在压缩冲程末期能量会集中在进气门下方的一个区域。另外测得的各种工况下缸内压力变化曲线表明:在进气量相同的情况下,无节气门控制策略可以有效地减少进气损失,在试验工况下约减少了20%-40%左右。o

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 可变气门驱动技术以及研究现状
• 1.3 内燃机缸内空气运动的作用
• 1.4 二维平面速度场测量方法
• 1.5 多维数值模拟技术
• 1.6 本课题研究的内容和意义
• 第二章 极低气门升程下四气门汽油机进气道稳态流动特性的评价
• 2.1 前言
• 2.2 进气道流动特性分析
• 2.2.1 Ricardo 评价方法
• 2.3 实验测量装置的建立
• 2.4 进气道流动特性研究与分析
• 2.4.1 实验方案
• 2.4.2 试验结果及数据分析
• 2.4.3 流出系数
• 第三章 PIV 实验系统的建立
• 3.1 PIV 系统简介
• 3.1.1 PIV 测量技术原理
• 3.1.2 PIV 系统组成及参数设定
• 3.2 发动机系统
• 3.2.1 发动机可视化改造和优化
• 3.2.2 低气门升程的实现
• 3.3 同步触发电控系统
• 3.4 缸内压力采集系统
• 3.5 本章小结
• 第四章 发动机缸内滚流运动特性的研究
• 4.1 实验系统
• 4.2 实验设备
• 4.3 实验数据分析方法
• 4.3.1 集总平均法
• 4.3.2 图像高斯低通滤波法
• 4.4 PIV 数据的处理
• 4.5 流场特性相关概念和计算公式
• 4.5.1 平均速度
• 4.5.2 涡量和旋涡强度
• 4.5.3 滚流比
• 4.5.4 湍流强度、湍动能和面湍流度
• 4.5.5 积分长度尺度
• 4.6 实验结果与分析
• 4.6.1 缸内压力对比
• 4.6.2 滚流运动发展历程
• 4.6.3 不同气门升程下流场对比
• 4.6.4 不同转速下流场对比
• 4.6.5 节气门对流场的影响
• 4.6.6 滚流流场积分长度尺度
• 4.7 本章小结
• 第五章 发动机缸内涡流运动特性的研究
• 5.1 气缸上截面流场分析
• 5.1.1 涡流发展历程
• 5.1.2 不同气门升程下的涡流流场对比
• 5.1.3 不同转速下的涡流场对比
• 5.1.4 涡流流场湍流积分尺度
• 5.2 气缸下截面流场分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文工作总结及展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢