高速4气门直喷柴油机可变进气涡流的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第19卷(2001)第5期内燃机学报Transactions0fCSlCEVo1．19(g001)N0．5文童编号：10000909(2001)05—0400—05190085高速4气门直喷柴油机可变进气涡流的研究许俊峰．李玉峰，李丽莉．许斯都，刘书亮(天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室．天津300072)摘要：根据在压缩末期喷雾油束末端的撞壁速度与涡流速度的相对关系．建立了喷雾油束、燃烧室形状和涡流强度关系的数学模型，计算了某4气门直喷柴油机随转速变化所要求

2、的最佳涡流比；设计了带涡流控制阍的双进气道，在稳流气道试验台上对这些气遵的涡流比和流量系数随气道人口面积变化的影响进行了试验，结果发现，在4气门直喷柴油机中，很容易通过关闭一个进气道实现最佳涡流比的调节。美鬟词；可变涡流：4气门；柴油机中圈分类号：TK421．3文献标识码：A引言作者根据在压缩末期喷雾油束末端的撞壁速度与进气涡流对高速直喷柴油机缸内混合气形成、燃涡流速度的相对关系，计算出了一台单缸l05柴油机烧、性能和排放都有极其重要的影响。在发动机低速运在不同转速下所要求的最佳涡流比。设计了2种不同转时，

3、喷油压力降低，燃油喷雾性能变差，要求有较强的双进气道结构，在稳流气道试验台上对气道的涡流的涡流运动以加强油雾与空气的混合；而在高速时喷比和流量系数随气道入口截面积的变化进行了试验，射压力提高，混合气形成所要求的涡流比降低，所以，结果发现，在4气门直喷柴油机中，很容易通过关闭一在发动机每一工况下都对应有一个最佳涡流比，使混个进气道实现最佳涡流比的调节。合气形成和燃烧过程最佳。然而，在发动机实际运行过1最佳进气涡流比的数学模型程中，缸内涡流主要由进气道形状决定，涡流比随发动机转速变化不大。这样，如果进气道的设计

4、满足了发动最佳涡流比是喷射油束和燃烧室内空气涡流相互机的高速性能，则在低速时由于涡流比较低，使燃烧过作用良好的结果。计算油束末端撞击燃烧室壁面时，油程恶化。所以，遵循低速时涡流强、高速时涡流弱的可束末端的最小撞击速度和喷射油束与空气涡流的最大变进气涡流变化规律是改善直喷柴油机燃烧过程十分相对速度，并与测试所得的烟度和指示比油耗相比较，有效的技术措施。过去在2气门发动机上发展了一些分别得到对应于最小烟度和最佳油耗比的涡流比。可变涡流进气道一，如转换阗控制的双层气道结、副气假设缸内空气运动为强制涡流，表面摩擦与

5、燃烧道结构，但很少能付诸实用，因为当涡流比增加时，流室形状对空气运动的影响为轴向对称的。量系数下降很多。将无涡流条件下的油束末端贯穿距离表示为目前高速4气门直喷柴油机成为发展热点。它有时间t的函数]：2个进气道，可以在一个进气道上安装涡流控制阀S=F·t。(1)(swirlcontrolvalve)，通过调节阀的开度就可改变涡式中：F为常数。流比。AVL2和FEV口进行的试验研究表明：这个可在有涡流时，油束末端贯穿距离在径向上的分量变涡流进气系统可在发动机运行工况范围内大幅度调s要比无涡流时小，其减小量可表

6、示为有关距离的无节涡流比，同时又能确保流量系数下降很少，从而有效因次方程：地实现最佳涡流比的调节和控制，显著改善燃烧过程。这个可变涡流比的方案易于实现电控，是4气门柴油一o-s5[r㈣机满足未来轿车排放法规所采取的有效技术措施之式中：为喷嘴的喷孔直径；Q和Q分别为空气的动收精日期：200~0419}修订日期；200007一I1。基盒珥目{国家自然科学基金贷肪项目(5970601O)。作者简介：许倥峰(1972-)，男．博士生．主要研究方向为4气门高建柴油机缸内空气运动的研究维普资讯http://www.cq

7、vip.com2001年9月许俊峰等：高速4气门直喷柴油机可变进气涡流的研究·401·量矩和油束喷射动量矩，在撞击处，此速度矢量的大小被定义为撞击速厦Q=·S·(3)，Q．一·一2户删(4)为涡流冲量的角速度；为平均喷射速度；户为有√(救喷射压力，油束末端与空气的相对速度为VIH=Vf—V=譬[·]㈤q为每次喷射的燃油体积，m。；Ⅳ为发动机转速，r／s；一+『一小⋯)为喷油持续角(测量值)，。CA；n为喷油L数目；为在撞击处相对速度的切向分量为喷孔流量系数，为一常数，一般情况下取0．7。(12)在每个时间步

8、长内利用数值尝试和误差分析的方试验及计算所用的发动机为四冲程、水冷、直喷式法用式(2)求解S。将式(2)进行微分，可得油束末端柴油机，具体参数如表1所示。喷射速度径向分量的表达式如下：dS0．6F(1一A·S。)’。⋯裹1发动机结构参数百。Tab．1Engineparaneter式中：A为常数，A一行程压缩比曲柄长度连杆长度mmS的数值，即有涡流时的贯穿距离，需要在每个10512017j1200时间步长上计算上述