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.

可旋气门变相异升程汽油机缸内涡流稳态特性

针对4气门汽油机为获得缸内大尺度涡流减小进气流量的问题,提出可旋气门变相异升程方法,即采用带背脊气门旋转加强涡流,并通过调整进气凸轮相异角改变两个进气门升程差调整涡流.仿真与试验证实,在稳态流动状态下,随着相异角的增加,涡流尺度增加.存在相异角时,在凸轮轴转角小于80°CaA和大于100°CaA的情况下,分别在缸内产生一次较大尺度涡流,且方向相反.研究表明:气门旋转可促进大尺度涡流的产生,可旋气门变相异升程在不减小进气量的情况下可以对缸内涡流运动进行调节,相异角为8°时,涡流比可达0.51,平均流量系数偏差仅为0.9%.

汽油机可变进气门相异升程机构研究

提出了汽油机可变进气门相异升程机构方案,通过调整进气凸轮相异角改变两个进气门升程差产生涡流和调整涡流。计算表明当齿轮螺旋角增大、分度圆半径减小时,相异角增大;存在相异角时,两进气凸轮转角不同,转矩与液压平衡力也不同,进气持续期随相异角增大而增加。有限元分析结果显示该机构凸轮轴安全系数为2.04,最大等效应变为6.73× 10^-4 mm ,强度及刚度均符合要求,且不会发生共振。缸内稳流试验证实进气门相异升程能够产生大尺度涡流,并且进气流量几乎不变。当相异角为8°时涡流强度可达0.24,平均流量系数偏差仅为0.93%,滚流随相异角增加略有增强。相异升程汽油机性能试验表明适当的相异角会使中低速转矩提高2.94%,高速功率提高3.03%。

四气门发动机进气门相异升程下缸内气体运动稳态特性研究

利用CFD软件Fluent对某四气门发动机缸内气体流场进行稳态三维数值模拟计算,研究进气门相异升程对缸内气体流场及流通系数的影响。流通系数数值模拟结果和稳流气道试验结果吻合较好。研究结果表明:在不同相异角、相同凸轮轴转角下,发动机进气流通系数变化不大,涡流强度随着相异角的增大而增大;在同一相异角、同一凸轮轴转角、不同缸内横截面上,随着横截面与上止点距离的增大,涡流强度增大,涡心从多个逐渐减少为1个明显涡心,且涡心位置也逐渐发生转移,开始由接近缸壁处转移至汽缸中心附近。

进气门相异升程下缸内气体运动三维数值模拟

利用CFD软件Fluent对某四气门发动机缸内气体流场进行稳态三维数值模拟计算,研究进气门相异升程对缸内气体流场的影响。研究结果表明:流通系数数值模拟结果和稳流气道试验结果吻合较好。当存在相异角时,凸轮轴转角为90°Ca A的缸内几乎不存在大尺度的涡流运动而只存在滚流,其他凸轮轴转角下的缸内气体涡流运动明显增强;在进气过程的中间阶段,缸内气体涡流运动发生变向;同一凸轮轴转角下,缸内气体滚轮运动随着相异角的增大稍有增强;同一相异角下,缸内气体滚流运动随着凸轮轴转角的增大先逐渐增强后逐渐减弱。

四气门发动机进气门相异升程下缸内气体运动评价

利用角动量基本原理,提出一种基于缸内气体三维流场计算宏观特征参数的新方法,并利用此方法对进气门相异升程下缸内气体运动宏观特征参数进行计算。研究结果表明:进气门相异升程可显著增强缸内气体的涡流运动,同时对滚流运动也稍有增强作用,但幅度较小;在进气门相异升程下,涡流运动在进气过程的中间阶段发生变向,导致发动机实际进气过程中缸内气体湍流运动的增强。