驻涡渠化活塞形貌对汽油机点火与燃烧的影响研究

发布时间：2020-07-03 18:04

【摘要】：随着排放法规的日益严格,对内燃机各方面性能提出了更高要求,而燃油混合气工质的组织与燃烧方式是影响发动机性能的关键因素,其中燃烧室形状对工质的组织与燃烧有重要影响。以改进活塞顶部形貌提升燃烧室压缩比,具有工艺简单、成本低廉和实现便捷的优点。基于改造的歧管电喷WH125-6发动机台架试验数据,采用GT-Power和CONVERGE软件进行一维、三维建模仿真和数值模拟,通过对仿真缸压和试验缸压进行对比校正,得到合理的边界条件与初始条件。通过构建压缩比ε=12的汽油机驻涡渠化活塞顶部形貌得到V型燃烧室,以活塞顶部的驻涡凹坑直径_1x、驻涡凹坑深度_2x和渠化凹槽宽度_3x为变量,采用Opt LHD最优拉丁超立方试验设计方法,生成40组各变量区间均匀采样的V型燃烧室三维数值模型样本,并分别开展数值模拟。基于样本模拟结果构建论域Kriging无偏估计预测模型,以功率P最大并产生排放物NOx、HC、CO最少为优化目标,同时以_1x、_2x、_3x变量区间为约束,利用NSGA-II非支配排序遗传算法对论域Kriging预测模型进行多目标变量优化,求得驻涡渠化活塞最优顶部形貌方案。对比分析基于最优驻涡渠化活塞的V型燃烧室与基于平顶活塞的L型燃烧室燃烧模拟结果表明,在点火时刻,V型燃烧室的驻涡凹坑内会形成明显驻涡效应,火花塞电极附近具有较低的气体流速及湍动能,分别为2 m/s和2.6 m~2/s~2,同时具有高达1.12易于实现稳定点火的燃空当量比。根据火焰传播过程分析可知,活塞顶部驻涡渠化形貌设计可有效减缓V型燃烧室在活塞上行期间的火焰传播速度,同时加速上止点后活塞下行初期火焰进入渠化凹槽分区后的扩展速度,在ATDC 15°CA燃烧基本结束,放热率集中在ATDC 0°~15°CA区间,定容燃烧特性更强。因此,合理设计带有驻涡及渠化特征的活塞顶部形貌,是有效组织缸内流场并提升点火燃烧品质,实现低成本提升汽油机压缩比的有效手段。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.171
【图文】：

图 3-2 发动机试验台架主要对 4000r/min 节气门 100%开度的最大扭矩工况进行试验测量的各基础技术参数如表 3-1 所示。表 3-1 原机技术参数名称 参数 名称 参数动机型式 单缸风冷四冲程 气缸排量/mL 124.8长度/mm 100 活塞行程/mm 57.9功率/kW 6.6(7500r/min) 气缸直径/mm 52.4扭矩/N·m 9.7(4000r/min) 压缩比 9验仪器设备机台架试验采用了PowerLink湘仪动力测试仪器有限公司的FC20，各设备名称如表 3-2 所示。其中，电涡流测功机的工作原理为：

第 3 章 原机台架试验及仿真验证3.2.1 一维模型建立GT-Power 是一款应用十分广泛的发动机仿真模拟软件，适合建立发动机一维仿真模型。其将发动机的各个部件以模块的形式进行集成，只需将各模块以气体流动前后的顺序进行连接，各箭头的指向代表气体的流动方向，且部件的参数设置在各模块内部设定。图 3-4 所示为在 GT-Power 中建立的发动机一维仿真模型，其中 EndIn、EndOut为进气口和排气口，InPipe、Inrun 与 ExRunner、Expipe 分别代表进气道和排气道，aircleaner 为空气滤清器。InPipe-02 与 InPipe-03 之间是节气门，用来控制进气量。InRun上部为喷油器，用于控制喷油脉宽和喷油时刻。intport 为进气歧管。cylinder 为气缸，燃油混合气在此处燃烧。Engine 为曲轴箱，燃烧所做的功经由曲轴箱进行输出。Exhport 为排气歧管，intport、ExhPort 与 cylinder 之间的部分为气门，气门进排气相位由凸轮轴型线控制。箭头方向为空气流动方向。

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本文编号：2739995