汽油机连续可变气门升程(CVVL)机构的模拟开发及试验研究

文章首先对连续可变气门升程(CVVL)机构降低油耗的原理进行深入阐述;其次对某1.6L自然吸气汽油机增加进气CVVL机构的模拟开发过程进行了详细介绍,获得了适合该款发动机的可变气门升程曲线的核心参数;最后对应用该款进气CVVL机构的发动机进行了台架性能验证试验。结果表明,该进气CVVL机构能够在基本满足动力性能的前提下全面改善发动机的油耗水平,初步达到了预期的效果。

VVL耦合喷油策略对GDI汽油机混合气形成的影响

利用三维仿真软件Ansys Fluent建立了GDI汽油机的仿真计算模型,就变气门升程耦合不同喷油策略对缸内气流运动和混合气形成的影响进行了模拟计算。结果表明,与大气门升程工况相比,小气门升程工况的缸内湍流运动强度、燃油蒸发和湿壁情况以及点火时刻混合气质量都明显改善;在小气门升程工况,采用两段喷油会缩短油气混合时间,过度推迟二次喷油时刻会恶化混合气质量和燃油湿壁情况;在大气门升程工况,两段喷油会改善混合气均匀性,随着二次喷油时刻推迟,燃油蒸发量增加,湿壁情况加剧,混合气质量得到改善;小气门升程工况下采用二次喷油时刻为470°曲轴转角,前后两次喷油量比例为7∶3的两段喷油方案在燃油蒸发和湿壁以及点火时刻缸内混合气质量这几个方面的效果都很好,是最合理的方案。

一种机械式CVVL机构及其动力学性能分析

针对某量产汽油机设计了一款机械式连续可变气门升程（CVVL）机构,介绍了该CVVL机构的结构及原理,进行了动力学仿真计算,分析了其运动特性及主要零件的受力状况,结果表明：控制轴转角在10~140°间调节时,该机构气门升程为0.12~7.88 mm,开启持续期相应在80~247°曲轴转角（CA）间变化。控制轴转角140°时,全转速范围内的气门落座速率〈0.60 m/s;零件间接触紧密,未发生飞脱;最大气门升程随转速上升而上升,并在5000 r/min时形成拐点。

一种全新的发动机VVT及VVL装置设计研究

介绍了一种全新的VVT及VVL装置设计方案,并介绍了该装置的结构,分析了其工作原理,同时设计了一种应用于该装置的特殊的凸轮型线,并采用AVL TYCON软件建立了阀系的TYCON模型,对装置进行了动力学计算分析。结果显示,在不同的发动机转速下,随着间隙的变化,气门正时及气门升程随之改变,气门正时改变量达60℃RA门升程从怠速时的5 mm改变到标定转速时的8 mm,在整个发动机工作转速范围内没有发现气门落座反跳现象。

一种全新的发动机VVT及VVL装置设计研究

介绍了一种全新的VVT及VVL装置设计方案,并介绍了该装置的结构,分析了其工作原理,同时设计了一种应用于该装置的特殊的凸轮型线,并采用AVL TYCON软件建立了阀系的TYCON模型,对装置进行了动力学计算分析。结果显示,在不同的发动机转速下,随着间隙γ的变化,气门正时及气门升程随之改变,气门正时改变量达60℃aA,气门升程从怠速时的5 mm改变到标定转速时的8mm,在整个发动机工作转速范围内没有发现气门落座反跳现象。

变径气举柱塞变径过程受力分析与试验研究

为了满足海上气井复合管柱的变径结构要求,解决气井积液、延长气井生产寿命,设计了一种新型变径柱塞结构,分析了变径柱塞在扩径、碰撞缩径过程中的受力情况。模拟了柱塞排水采气工艺过程,开展了室内变径柱塞变径行为观测、举液量与进气压力测量、举液效率分析等试验。试验结果表明,变径柱塞可在变径管柱中顺利运行,扩径所需进气压力与举液量成正比,该变径密封结构具有良好的举液效率。研究结果可以为变径柱塞在海上气井的应用提供试验依据和理论参考。

煤矿掘进机液压系统的优化分析

通过分析煤矿掘进机液压系统的结构组成,了解负载敏感变量泵液压原理,达到提高掘进机液压系统运行稳定性,节省掘进机损耗的目的。通过仿真模型对液压升降回路及掘进机截割过程中压力波动情况进行模拟研究,优化后的变量泵可满足各种运行状态下液压系统的稳定运行效果,且运行过程中动力损耗显著降低。

浅析迈腾B8L2.0T车型发动机电控进气系统

迈腾B8L2.0T车型装备了第三代EA888 DKX发动机,该机型在上一代的基础上进行了大量优化,其动力性、经济性和车辆排放标准等大幅提升。本文主要分析了该发动机装备的双VVT气门正时可变控制系统、AVS气门升程可调系统和进气道可变控制系统等电控进气系统的结构、组成、工作原理和检测方法等。

关键参数对电液可变气门升程规律影响的试验研究

基于自主研制的电液式可变气门系统研究了关键参数对气门升程曲线瞬时变化的影响,通过采用特征点来描述气门升程曲线的特征变化,为参数选取提供理论支撑。研究表明:进油相位对特征相位β_(d)和β_(g)的影响都存在临界值,且特征相位β_(d)和β_(g)随供油压力增大而提前;特征相位β_(d)不受泄油相位的影响,而泄油相位对特征相位β_(g)的影响存在拐点;特征相位β_(d)和β_(g)都随凸轮转速的增加而延迟。

可变气门升程下汽油机缸内气体流动特性的研究

在一台4气门可视化光学发动机上,研究了可变气门升程下缸内气体流动特性。研究结果表明:发动机采用不同气门升程,在不同转速下,数值模拟的缸内流场分布与采用激光粒子图像技术测试而获得气流速度场结果吻合良好。发动机在采用最大气门升程为1.7 mm的低气门升程型线下可以产生较强的湍流,尤其在进气行程,其湍流强度是发动机采用最大气门升程为6.8 mm大气门升程曲线时的两倍。进气初期气门阀座处气流速度最高,且随气门升程的降低和转速的提高,气门阀座处气流的速度都有大幅上升;最大气门升程为1.7 mm,发动机转速为960 r/min时,气门阀座处最大速度达到了140 m/s。在低气门升程下,压缩终了的湍动能最大值较高,且湍动能分布更加均匀。

全可变液压气门机构的气门运动特性

通过对全可变液压气门机构的气门升程和液压压力的试验测量,研究了全可变液压气门机构的气门运动特性.采用流通面积随气门升程可变的节流孔控制气门落座速度,分析了节流孔形状、最小节流面积和节流面积变化率等对气门落座过程的影响;采用单向阀通道降低液压系统内的液压流体的压力波动,保证了气门的平稳开启.通过对多种工况下气门落座速度的分析,得出气门最大升程对气门落座速度有重要影响,而发动机转速对气门落座速度的影响相对较小的结论.试验结果表明,通过合理匹配有关结构参数,全可变液压气门机构可实现气门平稳开启和平稳落座.

可变气门升程对4气门直喷汽油机缸内气流运动特性的影响

在一台光学可视化4气门直喷汽油机上,利用粒子图像测速(PIV)测试系统对不同最大气门升程(Maximum Valve Lift,MVL)下缸内流场的变化规律进行试验研究,并通过循环分析法对不同的曲轴转角下涡流比以及高、低频湍动能等参数进行分析.结果表明,MVL为1.7,mm在距离上止点不同的测量面上,流动都以大尺度逆时针旋转的强涡流形式存在,并具有较长的保持期.较高的MVL下缸内流场以小尺度双涡结构存在.MVL为1.7,mm各测量平面的涡流比及高、低频湍动能在任一曲轴转角下均高于MVL为4.0,mm和6.8,mm,并且在压缩末期时,MVL为1.7,mm产生湍动能达到MVL为6.8,mm的2倍,有利于直喷汽油机的燃油雾化混合及火焰传播.

电控液压全可变气门驱动系统的设计与分析

为了满足发动机设计及性能指标要求,比较分析国内外先进气门执行机构的优缺点,设计一种新型电控液压全可变气门驱动系统.在此基础上,建立气门驱动系统的数学、物理模型,借助MATLAB/Simulink计算平台搭建本系统计算仿真模型并用试验结果进行验证,保证了计算模型的可靠性.根据系统结构,详细分析了可控性参数旋转阀相位差角及蓄压器压力和发动机转速对气门最大升程、气门开启持续期、气门启闭时刻、气门速度及加速度的影响.研究结果表明,旋转阀相位差角通过改变气门开启持续期改变气门关闭时刻,但不影响气门开启段升程规律;蓄压器压力对气门最大升程有重要影响,但不改变气门开启持续期及启闭时刻;在不同发动机转速下,气门最大升程、关闭时刻均有改变;随着发动机转速的提高,气门升程断面积减小,气门关闭时刻推迟.

可变进气门升程对汽油机泵气损失的控制及对燃烧过程的影响

为了降低汽油机部分负荷泵气损失,改善燃油经济性,在自主开发的进排气门升程和相位全可变的4VVAS(4 variable valve actuation system)单缸汽油机上开展了可变进气门升程控制负荷的试验研究,研究了进气门升程对进气量和负荷的控制作用以及进气门升程控制对泵气损失以及燃烧过程的影响,比较分析了采用可变进气门升程对汽油机性能的影响.研究结果表明,保持节气门全开,通过采用进气门升程调整的负荷控制方式,与节气门控制负荷方式相比,部分负荷的泵气损失可以降低20%～30%,指示燃油消耗率降低3%～12%,中低转速下机械损失也有所降低.但是燃烧过程持续期会变长,影响了燃油经济性的进一步改善.

可变气门相异升程4气门汽油机稳态流动特性

4气门汽油机在双进气门全开的情况下只存在滚流,当关闭其中一个气门后会得到较强的涡流,但流通能力比双进气门全开差.提出可变进气门相异升程概念,研制了可变进气门相异升程凸轮轴.使汽油机在双气门全开的过程中不仅存在滚流,而且在流通能力基本不变情况下得到较强涡流,综合表现出斜轴涡流特性,并可通过调整进气凸轮相异角实时改变两个进气门的升程差,满足汽油机不同工况对缸内大尺度气体运动的不同需求.试验表明:在不同相异角、相同凸轮轴转角下,流通系数变化不大;相同凸轮轴转角下,涡流比、滚流比和无因次斜轴涡流比随着相异角的增加而增大,斜轴涡流倾角随着相异角增加而减小;进气过程中产生两次方向相反的涡流和斜轴涡流.

全可变液压气门机构的气门落座特性

在BJ486EQ汽油机上开发了一种全可变液压气门系统(FHVVS),采用凸轮驱动和液压传动控制进气门开启和关闭,采用气门落座缓冲机构控制气门落座速度.建立FHVVS气门运动特性测试平台,采用激光位移传感器试验测量了FHVVS的气门升程.讨论了FHVVS的气门落座过程和特性,重点分析了两种气门落座缓冲机构的气门落座速度和反跳高度.结果表明:液压活塞侧面节流的气门落座缓冲机构显著降低了FHVVS的气门落座速度和反跳高度.与传统气门机构相比,FHVVS实现了气门平稳落座,且4缸汽油机的各缸落座特性均匀一致.

汽油机全可变气门机构的运行能耗

在汽油机中配置可变气门机构会改变因驱动气门机构而消耗的能量.为了研究全可变气门机构汽油机气门机构消耗的能量,在实验台架上测取了可变气门正时(VVT)、可变气门升程(VVL)执行器消耗的电能以及驱动气门机构的扭矩,并计算了驱动功率.实验结果表明,VVT及VVL电子执行器消耗的电能较小,气门机构驱动消耗机械能量相对较大.发动机转速为1,500,r/min,机油温度为60,℃时,气门升程从9,mm下降到1,mm,气门机构驱动功率从700,W下降到50,W.负气门重叠角负荷控制在发动机转速1,500,r/min,平均有效压力0.2 MPa时最高可节油18.8%,进排气门最大升程均较小是其节油的重要原因.

可变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动特性的影响

采用数值模拟方法对不同最大进气门升程(MVL)下涡轮增压缸内直喷汽油机缸内气体的流动特性进行分析,以掌握变气门升程对缸内流动的影响规律.结果表明,MVL的减小使过进气门中心线的纵截面内的顺时针滚流增强,在120°,CA时刻,MVL为7.7,mm时截面内气体流动以逆时针滚流为主,而MVL为1.0,mm时截面内气体流动以顺时针滚流为主;低MVL有利于进气初期缸内滚流比的提高,而在进气后期及压缩过程中,MVL为1.0,mm时缸内滚流比明显低于MVL为7.7,mm和4.0,mm时的缸内滚流比;随着进气门升程的减小,湍流强度第一个峰值明显升高(MVL为7.7,mm时峰值为0.54,而MVL为1.0,mm时峰值达1.03),但小MVL条件下湍流强度衰减较快,在压缩末期3种MVL下的湍流强度差别较小.

负荷控制方式对汽油机燃油经济性的影响

采用全可变气门机构是改善汽油机燃油经济性的有效措施.在一款进排气门相位和升程均连续可变的4缸汽油机上研究了节气门负荷控制、进气门最大升程负荷控制和负气门重叠角负荷控制等3种负荷控制方式下的汽油机燃油经济性.对3种负荷控制方式下的泵气损失、气门机构驱动功率以及燃烧持续期进行分析.结果表明,在小负荷下采用无节气门负荷控制的汽油机,由于气门最大升程的降低而造成的气门机构驱动功率的减小是汽油机燃油经济性改善的重要原因,其改善效果与泵气损失降低对燃油经济性的改善效果相当.

气门升程对汽油CAI燃烧及气门定时区域影响

在改造的4冲程单缸机上,装备自主开发的电控液压驱动全可变气门机构,通过改变进排气门定时和升程截留高温已燃废气实现了汽油均质压燃(CAI)燃烧.通过试验探索了不同升程时的气门定时区域,研究了不同气门升程时,进排气门定时对燃烧的影响.结果表明:在1,000 r/min,采用对称负气门重叠角(NVO)策略,NVO大于180℃A时,发动机实现了正常CAI燃烧;随着气门升程降低,可实现CAI燃烧的NVO区间变大,对应的EGR率也呈增大趋势,NOx排放呈减小趋势.采用非对称NVO策略,拓宽了实现CAI燃烧的NVO范围;相同升程,排气门关闭角(EVC)定时对应EGR率的影响均大于进气门开启角(IVO)定时.气门升程低时,CAI稳定燃烧定时范围大,EVC定时对EGR率的影响显著增强;气门升程高时,可实现CAI燃烧的平均有效压力范围大.