高速4氣門直噴柴油機(jī)可變進(jìn)氣渦流的研究

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第19卷(2001)第5期內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)Transactions0fCSlCEVo1．19(g001)N0．5文童編號(hào)：10000909(2001)05—0400—05190085高速4氣門直噴柴油機(jī)可變進(jìn)氣渦流的研究許俊峰．李玉峰，李麗莉．許斯都，劉書亮(天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室．天津300072)摘要：根據(jù)在壓縮末期噴霧油束末端的撞壁速度與渦流速度的相對(duì)關(guān)系．建立了噴霧油束、燃燒室形狀和渦流強(qiáng)度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了某4氣門直噴柴油機(jī)隨轉(zhuǎn)速變化所要求

2、的最佳渦流比；設(shè)計(jì)了帶渦流控制閽的雙進(jìn)氣道，在穩(wěn)流氣道試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)這些氣遵的渦流比和流量系數(shù)隨氣道人口面積變化的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在4氣門直噴柴油機(jī)中，很容易通過關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣道實(shí)現(xiàn)最佳渦流比的調(diào)節(jié)。美鬟詞；可變渦流：4氣門；柴油機(jī)中圈分類號(hào)：TK421．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言作者根據(jù)在壓縮末期噴霧油束末端的撞壁速度與進(jìn)氣渦流對(duì)高速直噴柴油機(jī)缸內(nèi)混合氣形成、燃渦流速度的相對(duì)關(guān)系，計(jì)算出了一臺(tái)單缸l05柴油機(jī)燒、性能和排放都有極其重要的影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)在不同轉(zhuǎn)速下所要求的最佳渦流比。設(shè)計(jì)了2種不同轉(zhuǎn)時(shí)，

3、噴油壓力降低，燃油噴霧性能變差，要求有較強(qiáng)的雙進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)流氣道試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)氣道的渦流的渦流運(yùn)動(dòng)以加強(qiáng)油霧與空氣的混合；而在高速時(shí)噴比和流量系數(shù)隨氣道入口截面積的變化進(jìn)行了試驗(yàn)，射壓力提高，混合氣形成所要求的渦流比降低，所以，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在4氣門直噴柴油機(jī)中，很容易通過關(guān)閉一在發(fā)動(dòng)機(jī)每一工況下都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最佳渦流比，使混個(gè)進(jìn)氣道實(shí)現(xiàn)最佳渦流比的調(diào)節(jié)。合氣形成和燃燒過程最佳。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過1最佳進(jìn)氣渦流比的數(shù)學(xué)模型程中，缸內(nèi)渦流主要由進(jìn)氣道形狀決定，渦流比隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大。這樣，如果進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)

4、滿足了發(fā)動(dòng)最佳渦流比是噴射油束和燃燒室內(nèi)空氣渦流相互機(jī)的高速性能，則在低速時(shí)由于渦流比較低，使燃燒過作用良好的結(jié)果。計(jì)算油束末端撞擊燃燒室壁面時(shí)，油程惡化。所以，遵循低速時(shí)渦流強(qiáng)、高速時(shí)渦流弱的可束末端的最小撞擊速度和噴射油束與空氣渦流的最大變進(jìn)氣渦流變化規(guī)律是改善直噴柴油機(jī)燃燒過程十分相對(duì)速度，并與測(cè)試所得的煙度和指示比油耗相比較，有效的技術(shù)措施。過去在2氣門發(fā)動(dòng)機(jī)上發(fā)展了一些分別得到對(duì)應(yīng)于最小煙度和最佳油耗比的渦流比。可變渦流進(jìn)氣道一，如轉(zhuǎn)換闐控制的雙層氣道結(jié)、副氣假設(shè)缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)為強(qiáng)制渦流，表面摩擦與

5、燃燒道結(jié)構(gòu)，但很少能付諸實(shí)用，因?yàn)楫?dāng)渦流比增加時(shí)，流室形狀對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)的影響為軸向?qū)ΨQ的。量系數(shù)下降很多。將無渦流條件下的油束末端貫穿距離表示為目前高速4氣門直噴柴油機(jī)成為發(fā)展熱點(diǎn)。它有時(shí)間t的函數(shù)]：2個(gè)進(jìn)氣道，可以在一個(gè)進(jìn)氣道上安裝渦流控制閥S=F·t。(1)(swirlcontrolvalve)，通過調(diào)節(jié)閥的開度就可改變渦式中：F為常數(shù)。流比。AVL2和FEV口進(jìn)行的試驗(yàn)研究表明：這個(gè)可在有渦流時(shí)，油束末端貫穿距離在徑向上的分量變渦流進(jìn)氣系統(tǒng)可在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況范圍內(nèi)大幅度調(diào)s要比無渦流時(shí)小，其減小量可表

6、示為有關(guān)距離的無節(jié)渦流比，同時(shí)又能確保流量系數(shù)下降很少，從而有效因次方程：地實(shí)現(xiàn)最佳渦流比的調(diào)節(jié)和控制，顯著改善燃燒過程。這個(gè)可變渦流比的方案易于實(shí)現(xiàn)電控，是4氣門柴油一o-s5[r㈣機(jī)滿足未來轎車排放法規(guī)所采取的有效技術(shù)措施之式中：為噴嘴的噴孔直徑；Q和Q分別為空氣的動(dòng)收精日期：200~0419}修訂日期；200007一I1?；戌砟縶國(guó)家自然科學(xué)基金貸肪項(xiàng)目(5970601O)。作者簡(jiǎn)介：許倥峰(1972-)，男．博士生．主要研究方向?yàn)?氣門高建柴油機(jī)缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的研究維普資訊http://www.cq

7、vip.com2001年9月許俊峰等：高速4氣門直噴柴油機(jī)可變進(jìn)氣渦流的研究·401·量矩和油束噴射動(dòng)量矩，在撞擊處，此速度矢量的大小被定義為撞擊速?gòu)BQ=·S·(3)，Q．一·一2戶刪(4)為渦流沖量的角速度；為平均噴射速度；戶為有√(救噴射壓力，油束末端與空氣的相對(duì)速度為VIH=Vf—V=譬[·]㈤q為每次噴射的燃油體積，m。；Ⅳ為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r／s；一+『一小?)為噴油持續(xù)角(測(cè)量值)，。CA；n為噴油L數(shù)目；為在撞擊處相對(duì)速度的切向分量為噴孔流量系數(shù)，為一常數(shù)，一般情況下取0．7。(12)在每個(gè)時(shí)間步

8、長(zhǎng)內(nèi)利用數(shù)值嘗試和誤差分析的方試驗(yàn)及計(jì)算所用的發(fā)動(dòng)機(jī)為四沖程、水冷、直噴式法用式(2)求解S。將式(2)進(jìn)行微分，可得油束末端柴油機(jī)，具體參數(shù)如表1所示。噴射速度徑向分量的表達(dá)式如下：dS0．6F(1一A·S。)’。?裹1發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)百。Tab．1Engineparaneter式中：A為常數(shù)，A一行程壓縮比曲柄長(zhǎng)度連桿長(zhǎng)度mmS的數(shù)值，即有渦流時(shí)的貫穿距離，需要在每個(gè)10512017j1200時(shí)間步長(zhǎng)上計(jì)算上述