阐述直喷8AYT10缸内直喷发动机开发及关键技术选题

论文导读：形成的影响，提出了采取二次喷射对策降低油束贯穿距、减少燃油撞壁量的具体案例，并在冷起动工况中得到了验证。本论文设计开发了探讨用缸内直喷光学单缸机，建立了先进的光学测试体系，实现了缸内喷雾历程的可视化探讨。使用光学单缸机开展了不同工况下喷雾形状、气流运动及燃烧室结构之间相互意义规律的探讨，并与CFD模拟计算结
摘要：随着油价的不断上涨及排放法规的日趋严格，高效、节能、环保已成为开发发动机新产品的必备条件，具有升功率高、燃油经济性好、排放低、响应速度快的缸内直喷汽油机将成为未来发动机中的主流产品。本论文在8AYN10气道喷射（PFI）汽油机基础上，完成了8AYT10缸内直喷（GDI）汽油机的全新开发，设计了高滚流比气道和特殊顶面凹坑的活塞，优化了活塞环结构、进气管参数和凸轮轴型线，进行了直喷体系的设计及增压器的匹配探讨，评价了增压器的高原能力和瞬态响应性能。整机试验结果表明，8AYT10发动机的动力性、经济性和排放指标均满足设计要求，且达到了国际领先水平。采取CFD模拟技术探讨了缸内直喷汽油机的喷雾历程、速度场、湍流动能、空燃比分布及温度场分布，揭示了缸内滚流以孕育、进展到被压缩及破碎的历程规律。同时发现在点火时刻火花塞电极处形成了稳定的流场，并且缸内流场流速和湍流动能从火花塞电及其中心向燃烧室周围呈现以小到大的梯度分布，这种分布有利于稳定燃烧和火焰传播，表明了本论文燃烧体系设计的合理性。同时分析了不同喷油器案例对缸内混合气均匀度、燃油浓度及燃油撞壁量的影响，结果表明燃油撞壁量受喷油器案例的影响较大，案例1喷油器相比另两个案例总撞壁量少，且不有着撞击气门现象，说明案例1较为合理。通过探讨二次喷射对缸内混合气形成的影响，提出了采取二次喷射对策降低油束贯穿距、减少燃油撞壁量的具体案例，并在冷起动工况中得到了验证。本论文设计开发了探讨用缸内直喷光学单缸机，建立了先进的光学测试体系，实现了缸内喷雾历程的可视化探讨。使用光学单缸机开展了不同工况下喷雾形状、气流运动及燃烧室结构之间相互意义规律的探讨，并与CFD模拟计算结果进行比较分析，证明了模拟计算结果的正确性。分析了不同工况下缸内燃烧时火焰传播及碳烟生成状况，发现在转速1650r/min、全负荷工况下采取二次喷射对策，减小了油束贯穿距，可有效地降低碳烟生成。最后综合光学单缸机试验结果和CFD模拟计算结果确定了案例1喷油器作为最终案例，并推荐冷起动工况下第二次喷油的最佳时刻设置在-100°CAATDC。国内首次采取光学单缸机与CFD模拟技术相结合的探讨办法，在试验中验证模拟计算，并通过模拟计算进一步指导试验，使得开发案例的选择更加准确，有效地提升了开发效率，降低了开发风险。通过建立的GDI发动机试验台架，探讨了喷油定时对发动机燃烧特性的影响。结果表明，喷油时刻过早，易出现油束撞击活塞而造成湿壁现象，使得燃烧室壁面温度低，油气混合速度变慢，燃烧热效率下降；而喷油时刻过晚，油气没有充分的时间混合，在点火时刻均匀性较差，火焰传播速度较慢，热效率降低，并影响燃烧稳定性。喷油定时有着最佳时刻，且在最佳喷油时刻，发动机的累积放热率、燃烧持续期均较短，循环变动率较低，输出转矩大，燃油消耗率低，但因最佳喷油时刻燃烧充分，最高燃烧温度高，NOx排放也相对较高。不同喷油压力工况的试验表明，喷油压力越大，喷射出的燃油雾化质量越好，油气混合的更加充分，发动机发出的转矩越大，平均有效燃油消耗率越低。喷油压力的提升对降低HC排放最为显著，而对CO和NOx排放的影响则相对较小。对不同进、排气VVT开度的试验表明，发动机燃油消耗率随着排气VVT开度的增多逐渐降低，而对于燃烧循环变动率而言，排气VVT开度对循环变动率的影响大于进气VVT开度对循环变动率的影响，但总体来说循环变动率制约在3%从内。建立了光纤测试体系，实现了缸内不规则燃烧现象的可视化探讨，分析了发动机负荷和喷油定时对常规爆震的影响机理，得出了有效制约爆震的办法，在低速、大负荷工况的测试结果表明8AYT10发动机火焰传播的不规则度小于40%，说明该发动机具有较好的抗爆震性能。开展了早燃及超级爆震现象的试验探讨，总结了缸内早燃发生的时刻及位置分布规律，提出了通过二次喷射对策抑制早燃的思路及具体办法。试验结果表明，在转速1500r/min、全负荷工况下采取优化后的二次喷射对策，发动机在试验工况内累计运转3h，未出现早燃现象，证明了抑制早燃办法的有效性。通过对GDI发动机振动噪声产生机理的分析，提出了通过减小配缸间隙、偏置活塞销、增大高压油泵柱塞直径、减小喷油速率及优化增压器等办法降低发动机的机械噪声，通过优化点火提前角、转变体系燃烧方式及制约燃油质量等办法降低发动机的燃烧噪声，具论文导读：6-874.2试验测试体系87-914.2.1高速摄像体系88-894.2.2LIF体系89-914.3试验结果分析91-1024.3.1全负荷工况分析91-974.3.2部分负荷工况分析97-1004.3.3二次喷射对策探讨100-1024.4本章小结102-104第5章汽油缸内直喷发动机燃烧特性试验探讨104-1165.1试验设备及试验案例104-1055.

1.1试验设备1045.2试验案例104-

有重要的指导作用。关键词：汽油缸内直喷论文模拟论文光学单缸机论文燃烧特性论文早燃论文超级爆震论文振动噪声论文
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ABSTRACT6-14
第1章 绪论14-32

1.1 引言14-23

1.1 石油资源近况及燃油消耗率法规15-17

1.2 汽车尾气污染及排放法规17-19

1.3 节能减排技术的研究及运用19-23

1.2 汽油缸内直喷技术23-30

1.2.1 汽油缸内直喷的技术优势23-25

1.2.2 汽油缸内直喷技术的探讨发展25-29

1.2.3 汽油缸内直喷技术的关键部件29

1.2.4 汽油缸内直喷技术的不足及难点29-30

1.3 本论文主要探讨内容30-32

第2章 8AYT10 缸内直喷发动机设计及增压器匹配探讨32-58

2.1 直喷发动机的设计目标32-33

2.2 燃烧体系设计33-36

2.1 高滚流气道开发34

2.2 燃烧室形状设计34-35

2.3 压缩比案例35-36

2.4 火花塞及喷油器位置选择36

2.3 活塞环改善36-37

2.4 进、排气体系设计37-40

2.5 燃油喷射体系设计40-47

2.5.1 高压油泵设计40-42

2.5.2 喷油器设计42-45

2.5.3 燃油导轨设计45-47

2.6 凸轮型线及相位设计47-48

2.7 涡轮增压器的设计及匹配探讨48-54

2.7.1 涡轮增压器的选型匹配计算49-50

2.7.2 动力性、经济性探讨50-51

2.7.3 高原能力分析51-52

2.7.4 瞬态响应性试验52-54

2.8 电控体系设计54-55

2.8.1 点火体系54

2.8.2 制约体系54-55

2.9 本章小结55-58

第3章 汽油缸内直喷的混合气形成数值模拟58-84

3.1 模拟办法59

3.2 模型设定59-60

3.

2.1 物理模型59-60

3.

2.2 求解算法选择60

3.3 网格划分及边界设定60-62

3.1 网格划分60

3.2 计算边界条件的得出60-62

3.4 模型校验62-64

3.4.1 流动计算模型验证62

3.4.2 喷雾模型验证62-64

3.5 模拟计算结果分析64-81

3.5.1 缸内直喷混合气的形成及特征64-72

3.5.2 喷雾形状对缸内混合气形成的影响72-77

3.5.3 二次喷射对混合气形成的影响77-79

3.5.4 冷起动工况的喷射对策探讨79-81

3.6 本章小结81-84

第4章 基于光学直喷单缸机的缸内可视化试验探讨84-104

4.1 单缸机的结构设计84-87

4.

1.1 关键零部件的设计84-86

4.

1.2 单缸机的装配86-87

4.2 试验测试体系87-91
4.

2.1 高速摄像体系88-89

4.

2.2 LIF体系89-91

4.3 试验结果分析91-102
4.

3.1 全负荷工况分析91-97

4.

3.2 部分负荷工况分析97-100

4.

3.3 二次喷射对策探讨100-102

4.4 本章小结102-104
第5章 汽油缸内直喷发动机燃烧特性试验探讨104-116

5.1 试验设备及试验案例104-105

5.

1.1 试验设备104

5.

1.2 试验案例104-105

5.2 喷油定时对燃烧特性的影响105-111
5.

2.1 喷油定时对缸内压力和瞬时放热率的影响105-107

5.

2.2 喷油定时对累积放热率和燃烧持续期的影响107

5.

2.3 喷油定时对循环变动率的影响107-109

5.

2.4 喷油定时对动力性和经济性的影响109

5.

2.5 喷油定时对排放的影响109-111

5.3 喷油压力对动力性和排放的影响111-112
5.

3.1 喷油压力对动力性和经济性的影响111

5.

3.2 喷油压力对循环变动率的影响111

5.

3.3 喷油压力对排放的影响111-112

5.4 进、排气VVT对动力性和经济性的影响112-114
5.

4.1 全负荷工况分析112-113

5.

4.2 部分负荷工况分析113-114

5.5 本章小结114-116
第6章 汽油缸内直喷发动机不规则燃烧现象试验探讨116-128

6.1 试验设备及测试体系116-120

6.1.1 试验论文导读：讨主要创新点140-1418.3后续工作展望141-142参考文献142-150作者介绍及科研成果150-151致谢151上一页123
设备116
6.

1.2 测试体系及测试原理116-120

6.2 测试结果及分析120-126
6.

2.1 常规爆震分析120-124

6.

2.2 早燃现象分析124-126

6.3 本章小结126-128
第7章 汽油缸内直喷发动机振动噪声机理及制约案例探讨128-138

7.1 振动噪声机理128

7.2 振动噪声测试办法128-129

7.3 振动噪声制约案例探讨129-136

7.

3.1 机械噪声制约案例129-132

7.

3.2 燃烧噪声制约案例132-136

7.4 本章小结136-138
第8章 全文总结及后续工作展望138-142
8.1 全文总结138-140
8.2 本探讨主要创新点140-141
8.3 后续工作展望141-142
参考文献142-150
作者介绍及科研成果150-151
致谢151