小型强化汽油机进气及燃烧过程优化研究

发布时间：2017-11-09 15:00

  本文关键词：小型强化汽油机进气及燃烧过程优化研究

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【摘要】：为了满足日益严格的油耗排放法规,发动机的强化程度不断提高,导致了缸内热负荷加大,进一步增大了爆震的趋势,因此对发动机燃烧系统的性能提出了更高的要求。本文在国内某企业1.3TGDI汽油机概念设计平台的基础上,正向设计开发一台满足国五排放法规的小型强化三缸1.0TMPI汽油机。基于该发动机燃烧系统的开发,采用正向工程的研究方法,重点对进气道、燃烧室结构进行了优化设计研究。通过CFD仿真计算分析,实现了新一代汽油机燃烧系统的优化设计,节约了开发成本,缩短了开发周期。本文主要研究内容如下:首先,在原机进气道基础上,采用CFD仿真分析的手段,优化设计了新的进气道方案。通过增大原机进气道短边转角曲率半径,提高分叉位置及进气道等截面设计最终得到进气道优化方案,并进行芯盒制作及气道芯盒试验。数据显示,优化方案平均流量系数比基础方案提高了10.50%,平均滚流比为1.658,满足预期开发目标。其次,对基础方案燃烧系统进行三维瞬态模拟,基础方案燃烧系统由基础方案进气道和原机燃烧室组成。结果表明,基础方案燃烧系统缸内形成强烈的滚流运动,缸内瞬态滚流比峰值为2.75,缸内平均湍动能峰值为247.13 m2/s2,火花塞球形区域内平均湍动能峰值为311.91m2/s2。火焰面传播迅速,但湍动能中心严重偏向进气,导致燃烧偏向进气,增大了发动机爆震的倾向。再次,通过修改进排气阀masking的深度和位置,取消燃烧室中的GDI喷油器搭子,对燃烧室进行优化设计。进气道优化方案分别与5种燃烧室方案共同组成了燃烧系统的5种优化方案。三维瞬态模拟结果表明,优化方案5缸内瞬态滚流比高于其它优化方案,缸内瞬态滚流比峰值为2.09,缸内平均湍动能峰值为189.29 m2/s2,火花塞球形区域内平均湍动能峰值为302.85 m2/s2。湍动能中心居中,火焰传播迅速且均匀,燃烧质量好。因此,优化方案5选为最终燃烧系统优化方案,并进行样机的试制。最后,将燃烧系统基础方案和优化方案应用于样机的试制及试验,试验结果表明,优化方案样机的各项性能指标均达到设计的目标值,累计放热量持续期的计算值与试验值较为接近,从而对上述方法的可行性进行了验证。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.171

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本文编号：1162343