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高速汽油机的新型燃烧室(Ⅱ)(英文)

燃烧科学与技术 2005年第4期11卷 315-318页

作者：林建生张宝欢张殿昌王大鹏张瑞天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津内燃机研究所天津300072

为解决小型高速汽油机低速时紊流强度低、燃烧过程不充分的难题,开发了一种新型燃烧室.该燃烧室已获得专利,它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流.... 详细信息

为解决小型高速汽油机低速时紊流强度低、燃烧过程不充分的难题,开发了一种新型燃烧室.该燃烧室已获得专利,它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流.将它应用在高速汽油机中,可明显提高低速时混合气的燃烧速率和火焰传播速率,从而全面改善内燃机的低速性能.实验研究表明,在压缩比和空燃比及点火提前角相同的条件下使用该燃烧室,与原机相比,尽管发动机的最大输出功率和转矩稍有下降,但最大转矩时的转速明显降低;转矩和燃油消耗率随转速降低明显改善,低速转矩最大提高率为8.40/0.低速时燃油消耗的最大降低率为9.80/0.

关键词：燃烧室高速汽油机活塞顶部发动机性能

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用于高速汽油机的一种新型燃烧室(Ⅰ)

燃烧科学与技术 2003年第6期9卷 487-490页

作者：林建生夏淑敏张宝欢宋如钢张殿昌天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津内燃机研究所天津300072

开发了一种新型燃烧室,解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题.它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流.将它应用在高速汽油机中,可提... 详细信息

开发了一种新型燃烧室,解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题.它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流.将它应用在高速汽油机中,可提高混合气的燃烧速率和火焰传播速率,从而全面改善内燃机的性能.实验研究表明,在空燃比和压缩比优化条件下使用该燃烧室,与原机相比发动机的输出功率和转矩分别提高了3.8%和1%,燃油消耗率节省19.3%,HC排放降低50%以上.

关键词：燃烧室高速汽油机活塞顶部发动机性能

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高速汽油机进排气系统的数值仿真与优化研究

高速汽油机进排气系统的数值仿真与优化研究

作者：栗波重庆理工大学

学位级别：硕士

船艇作为传统的水上运输工具,一直在交通运输方面发挥着至关重要的作用。如今,随着人们对娱乐需求的增加,高速船艇在现代水上旅游项目中也得到了广泛的应用。发动机作为船艇的主要动力源,其技术要求比车用发动机更为严苛。近年来,随着... 详细信息

船艇作为传统的水上运输工具,一直在交通运输方面发挥着至关重要的作用。如今,随着人们对娱乐需求的增加,高速船艇在现代水上旅游项目中也得到了广泛的应用。发动机作为船艇的主要动力源,其技术要求比车用发动机更为严苛。近年来,随着社会经济的快速发展和发动机技术的进步,船艇发动机正朝着高航速、低油耗及严排放的方向发展。然而,进、排气系统作为发动机的一个重要系统,其布置形式、结构参数等对发动机的动力性和燃油经济性有至关重要的影响。因此,对进、排气歧管进行分析与优化,以充分发挥出发动机的动力性和燃油经济性潜能尤为重要。本文以某船艇公司的一款排量为1.8L的SJ486高速汽油机为研究对象,为提高该发动机的中高速动力性和经济性,采用数值模拟仿真的方法对其歧管长度、直径、谐振腔容积以及布置形式等结构参数进行了优化研究,实现了发动机中、高速动力性的提升和燃油经济性的改善,为歧管的设计与制造提供了参考与指导,具有一定的理论研究价值和较重要的工程指导意义。本文主要的研究内容有:1、前期试验及模型搭建。搭建发动机台架试验平台,测取该高速汽油机各工况下的相关性能特性,并进行拆机测绘。应用发动机工作过程仿真软件GT-POWER搭建了该汽油机性能仿真模型,并以台架试验数据对其进行标定,以确保用于进一步分析的有效性。2、结构参数对性能影响分析。基于标定好的性能仿真模型,分析了进排气歧管长度、直径、谐振腔容积以及布置形式等进排气歧管结构参数对发动机动力性与燃油经济性的影响规律,从而为后续进、排气歧管的优化提供了方向和指导。分析结果表明,与原机进排气歧管相比,中置进气歧管与4-2-1排气歧管更有利提高发动机的动力性与改善燃油经济性;适当增加进排气歧管的长度、谐振腔容积等结构参数有利于改善发动机中、高速动力性及燃油经济性。3、发动机性能多目标优化分析。应用试验设计（DOE）方法,选取进、排气系统结构参数为试验因子,以发动机动力性与燃油经济性作为试验响应,并基于试验数据进行二阶响应面拟合。然后,以中高速动力性与燃油经济性最佳为优化目标,并对低中高速性能设定权重系数,从而进行性能多目标优化。优化结果表明,发动机最大扭矩提升了1.22%,最大提升百分比达到了2.22%,燃油消耗率最高下降了2.14%,最大燃油消耗率下降了1.46%,发动机的动力性和经济性得到了一定改善,达到了开发目标。4、流场分析及优化。基于优化后的进、排气结构方案,重新对进、排气歧管进行了三维建模,并应用三维仿真软件STAR-CCM+对其流动特性进行了仿真分析,进而对其空间结构进行了进一步的优化研究,获得了良好的流动特性,并提出了最终优化方案,为实际进排气歧管的设计与制造提供了参考与指导。

关键词：高速汽油机进排气系统数值仿真 DOE优化

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高速汽油机配气机构分析及优化

高速汽油机配气机构分析及优化

作者：靳玉刚湖南大学

学位级别：硕士

配气机构作为内燃机进、排气的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，适时地开启与关闭进、排气门，向气缸供给新鲜空气或可燃混合气，并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。配气机构的优劣，极大影响... 详细信息

配气机构作为内燃机进、排气的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，适时地开启与关闭进、排气门，向气缸供给新鲜空气或可燃混合气，并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。配气机构的优劣，极大影响着动力性、经济性和排放性。此外，若配气机构设计不合理，产生较大的噪音与振动还会影响乘客的舒适性。因此，鉴于配气机构的重要性，需对配气机构进行合理的设计，以匹配发动机整机的工作。本文利用三维建模软件Pro/Engineer针对某高速汽油机配气机构关键零部件建立三维模型为配气机构分析优化做好准备。对该款发动机进行台架试验，获取发动机动力性及经济性相关参数。利用发动机性能模拟软件GT-Power针对该款汽油机建立仿真计算模型，并利用试验数据进行标定。利用一维模拟仿真软件AVLXCITE Timing Drive对高速汽油机配气机构建立运动学及动力学计算模型，并分析当前凸轮型线下的高速汽油机配气机构在发动机额定转速下的状况，参照评价标准，找出不足并提出优化方案。利用AVLXCITE Timing Drive软件，设计出新型凸轮型线，并进行运动学及动力学计算分析其是否满足配气机构运动学及动力学要求。在此前提下利用GT-Power搭建的发动机性能模拟分析模型进行优化后的发动机性能参数计算，验证优化方案的可行性。借助三维建模软件Pro/Engineer、有限元前处理软件Hypermesh、有限元分析软件ABAQUS、疲劳分析软件DesignLife针对配气机构关键零部件-进、排气凸轮轴进行动态载荷下的强度与疲劳预测分析。通过以上分析及优化结果表明，优化后的配气机构在发动机额定转速下工作性能优秀，发动机性能得到提升。

关键词：高速汽油机配气机构凸轮型线运动学动力学性能模拟凸轮轴

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高速汽油机进气及缸内燃烧过程研究

高速汽油机进气及缸内燃烧过程研究

作者：李圆湖南大学

学位级别：硕士

汽油机的缸内空气运动对混合气的形成和燃烧过程有很大的影响，特别是点火时刻前的缸内流场分布，将直接决定火焰传播速度和燃烧效率，缸内湍流运动的增强将提高火焰传播速度，并使火焰前锋面形成褶皱，提高燃烧效率，同时能降低燃烧循... 详细信息

汽油机的缸内空气运动对混合气的形成和燃烧过程有很大的影响，特别是点火时刻前的缸内流场分布，将直接决定火焰传播速度和燃烧效率，缸内湍流运动的增强将提高火焰传播速度，并使火焰前锋面形成褶皱，提高燃烧效率，同时能降低燃烧循环变动，大大改善发动机动力性、经济性、燃烧噪声和有害废气的排放。本文利用AVL-Fire软件对一款高速进气道燃油喷射汽油机进气及燃烧过程进行了研究。通过对原机的分析找到其进气道设计的不合理之处，并修改原机气道倾角和截面，提高了滚流比和充量系数，并对比分析了修改后汽油机的燃烧过程。首先对原气道进行了稳流实验，重点测得了不同气门升程下的流量系数，以此作为验证数值模拟计算准确性的标准。然后对不同气门升程下的进气过程进行了模拟计算，分析其在不同气门升程，特别在最大气门升程处的流场。通过数值模拟结果评估了该气道有较好的流通性和形成滚流的能力，同时找到了一些对进气造成不利影响的因素，以此对进气道进行了结构改进，结果显示改进后气道流量系数和滚流比都得到了一定程度的提高。利用台架试验数据对原机工作过程的瞬态模拟计算进行了标定，并以此对修改后的进气、压缩和缸内燃烧过程进行了瞬态模拟计算。分析对比了修改前后高低滚流比气道汽油机缸内滚流的形成过程和不同之处，发现修改后的高滚流比气道形成了更强烈的缸内湍流，其缸内压力从压缩阶段就明显高于原气道，点火之后火焰前锋面褶皱更多、火焰传播速度更快、燃烧定容度、燃烧效率更高，在输出功率更大的同时，保证了工作的柔和性。

关键词：高速汽油机燃烧过程不同滚流比数值模拟

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高速汽油机混合气形成及燃烧过程的数值研究

高速汽油机混合气形成及燃烧过程的数值研究

作者：江武湖南大学

学位级别：硕士

第四阶段摩托车污染物排放法规对摩托车污染物排放的限制越来越严格,因此对摩托车发动机的燃油供给系统和燃烧过程的组织提出了新的要求。现在摩托车发动机大都采用电控燃油喷射技术,且主要为进气道喷射方式,但是由于摩托车发动机本身... 详细信息

第四阶段摩托车污染物排放法规对摩托车污染物排放的限制越来越严格,因此对摩托车发动机的燃油供给系统和燃烧过程的组织提出了新的要求。现在摩托车发动机大都采用电控燃油喷射技术,且主要为进气道喷射方式,但是由于摩托车发动机本身的结构特点,无法移植比较成熟的车用发动机进气道喷射技术。而采用进气道喷射时,喷射压力低,燃油雾化程度低,且摩托车发动机结构紧凑,使得喷油器的安装位置受到限制,燃油落点位置发生变化,在进气道内形成的附壁油膜分布面积较小、厚度较大,发动机转速高使得油膜挥发的时间较短,对缸内混合气的形成和燃烧过程有重要的影响。因此,研究如何提高高速下缸内混合气的形成质量以及燃烧过程的有效组织,有着重要的理论意义和实用价值。本文利用CONVERGE软件对某进气道燃油喷射摩托车汽油机的混合气形成过程及燃烧过程进行研究。首先通过气道稳流实验测得不同气门升程下的流量系数,并通过CONVERGE软件对不同升程下的进气过程进行了模拟计算,对气道性能评价及数值模拟计算准确性的验证。然后通过实验方法分析了各款喷油器的燃油喷雾特性,对喷雾数值模型进行验证,结果表明模型能比较准确的预测燃油碰壁及蒸发过程。随后研究了喷油参数对缸内混合气形成的影响,分别从喷油器类型、喷油角度、喷油时刻和二次喷射等方面进行了数值模拟,探索了在高转速全负荷下如何减少附壁油膜质量的生成以及形成更加均匀的缸内混合气,结果表明:1)喷油器喷孔数越多,喷孔直径越小,能减少附壁油膜的生成,并且缸内混合气当量比更高。2)改变喷油角度,对缸内当量比的分布和油膜的生成有很大影响,燃油落点在进气道与进气门交界处油膜质量较低,缸内当量比较高。3)半开阀喷射模式下缸内混合气当量比较高,闭阀喷射模式下缸内混合气分布更加均匀,但当量比较低。4)当发动机在高转速全负荷下,由于机体温度较高、进气气流较大,二次喷射与单次喷射相比并无优势。最后为实现摩托车汽油机在高转速下的高效燃烧,在缸内形成均质混合气的基础上研究了当量比、点火参数、压缩比和EGR率等不同运行参数对燃烧过程影响,为实现高效低排的稀薄燃烧技术提供理论依据。

关键词：高速汽油机混合气形成燃烧过程数值模拟

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高速汽油机曲轴—轴承系统的多体动力学分析

高速汽油机曲轴—轴承系统的多体动力学分析

作者：余相俊湖南大学

学位级别：硕士

随着汽油发动机游艇的轻量化和小型化,汽油发动机的额定转速越来越高,一般在7500r/min-12000r/min,这么高的转速对汽油机来说,提高了动力性,但是对其研发和制造有一定挑战,尤其是运动部件之间的磨损。为了更好的分析高速汽油机的磨损状... 详细信息

随着汽油发动机游艇的轻量化和小型化,汽油发动机的额定转速越来越高,一般在7500r/min-12000r/min,这么高的转速对汽油机来说,提高了动力性,但是对其研发和制造有一定挑战,尤其是运动部件之间的磨损。为了更好的分析高速汽油机的磨损状态,本论文采用ABAQUS有限元技术与AVL-EXCITE多体动力学仿真相结合的方法来研究高速汽油机曲轴—轴承系统多体动力学。首先根据曲轴—轴承系统实际情况,简化模型,建立曲轴、主轴承座等有限元模型,通过ABAQUS有限元法计算模态,了解曲轴轴系的弯曲刚度和扭转刚度,并对曲轴轴系与轴承座进行模态缩减。其次建立曲轴—轴承系统多体动力学模型,输入相应的参数,调试好后进行仿真分析,得出其一个工作循环内的扭振状态、润滑状态和受力情况。通过润滑分析,找出其最易磨损位置,结果与实际拆机轴瓦磨损位置一致,证明了多体动力学模型计算的可靠性。再通过动态应力响应分析,得出曲轴轴系上各个时刻的应力分布,找出其最危险应力点,并做出其应力历程,进行疲劳强度校核。最后通过改变关键参数,如主轴承间隙、机油温度、供油压力和油槽宽度等,来考察曲轴轴系性能的变化,得出最优的参数范围,并对曲轴轴系进行优化设计解决了本款高速汽油机曲轴主轴瓦烧瓦现象。

关键词：高速汽油机多体动力学动态应力响应润滑特性扭振分析

高速汽油机进气道喷射参数对混合气形成的影响

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中国机械工程 2019年第15期30卷 1796-1803,1812页

作者：孙承张毅江武杨靖明阳湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 湖北三江航天红阳机电有限公司孝感432000

采用实验与计算流体动力学(CFD)数值计算相结合的方法,对一台高速四冲程进气道喷射(PFI)汽油机在全速全负荷工况下,不同喷油参数对混合气形成的影响进行了研究。研究结果表明:在高转速情况下,较多喷孔、较小喷孔直径能显著减少附壁油膜... 详细信息

采用实验与计算流体动力学(CFD)数值计算相结合的方法,对一台高速四冲程进气道喷射(PFI)汽油机在全速全负荷工况下,不同喷油参数对混合气形成的影响进行了研究。研究结果表明:在高转速情况下,较多喷孔、较小喷孔直径能显著减少附壁油膜的生成,增大缸内燃空当量比;燃油喷射角对缸内当量比影响较大,喷射角较大时的当量比显著小于喷射角较小时的当量比,但是随着喷射角的减小,当量比也逐渐减小;半开阀喷射模式下附壁油膜量较少,缸内当量比大于闭阀喷射模式下缸内当量比;二次喷射相比于单次喷射,缸内当量比无明显差异。

关键词：计算流体动力学高速汽油机当量比喷射角进气道喷射

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某高速汽油机主轴承润滑性能分析及优化研究

某高速汽油机主轴承润滑性能分析及优化研究

作者：马孝勇湖南大学

学位级别：硕士

发动机在工作过程中具有高负荷、高转速、高温等特性,这些特性直接导致了曲轴轴承系统产生振动噪音,主要零部件疲劳断裂、烧瓦以及拉缸等危害。主轴承润滑特性的好坏,不仅影响着发动机的正常工作,也影响了整机的经济性、可靠性和寿命。... 详细信息

发动机在工作过程中具有高负荷、高转速、高温等特性,这些特性直接导致了曲轴轴承系统产生振动噪音,主要零部件疲劳断裂、烧瓦以及拉缸等危害。主轴承润滑特性的好坏,不仅影响着发动机的正常工作,也影响了整机的经济性、可靠性和寿命。近年来,国内外学者一般采用多体动力学与弹性流体动力润滑耦合分析的方法来研究主轴承的润滑性能。本文采用数值仿真分析与人工智能技术相结合的方法对高速汽油机主轴承润滑性能进行分析及优化研究,论文的主要研究工作与创新点如下:(1)建立高速汽油机主轴承系统有限元模型,然后经过模态缩减,得到缩减后的有限元模型,实验结果验证了该模型的有效性。(2)建立高速汽油机曲轴轴承系统多体动力学模型,并通过台架实验,得到模型的边界条件。然后进行仿真计算,得到主轴承的最大油膜压力、最小油膜厚度、摩擦损失和机油流量等结果。通过对结果的分析可知,多个主轴承的润滑性能较差,并且由仿真计算出来的轴瓦最容易磨损的位置与主轴承实际磨损的位置一致,验证了仿真模型的正确性。由于主轴承在4000r/min工况的润滑最恶劣,后续的优化都是针对此工况进行的。(3)采用最优拉丁超设计算法对影响主轴承润滑性能的4个主要的轴瓦参数进行试验设计,然后采用径向基神经网络方法建立近似模型。以总平均摩擦损失功率最小与总平均机油流量最小作为优化的目标函数,以最小油膜厚度与最大油膜压力作为优化的边界条件,采用多岛遗传算法对近似模型进行多目标优化,在一定程度上改善了主轴承的润滑性能。

关键词：高速汽油机主轴承弹性流体润滑近似模型多目标优化