乘用车汽油机强化及节能改进正向开发研究

【摘要】：国内汽车产量逐年增加,09年我国已经超过美国成为世界第一汽车生产和消费国。然而,与国外品牌相比,自主品牌仍有很大的差距,自主知识产权的发动机成为制约国内汽车品牌发展的技术瓶颈,主要表现为动力性、经济性与国外同类先进发动机存在较大差距,在当今社会提倡低碳经济的背景下,节能则显得更为重要。 本文在国内某企业2.4L汽油机平台的基础上,将发动机排量减小至2.0L和1.8L,实现发动机系列化,同时,采用正向工程的研究方法,重点针对气道、压缩比、配气正时和进气歧管几何形状等方面对发动机的工作过程进行研究并优化,实现对2.0L和1.8L汽油机的强化和节能改进。 首先,通过计算机辅助分析方法,对发动机进行一维工作过程模拟对发动机的动力性及燃油经济性进行热力学计算,对比不同进气道和压缩比方案,得出采用加大流通面积的气道和提高压缩比对发动机整体性影响较大的结果;除此之外,还预测了调整进气配气相位及进气管路的几何形状等措施对发动机性能的影响,得出通过调整配气相位和进气管路长度和流通面积可以较大幅度的提高低速扭矩。 其次,应用AVL-FIRE软件计算和分析发动机气道及缸内流场和燃烧过程,得出采用加大流通面积的气道可以更好的组织进气,形成有利于燃烧的流场,从而达到了提高动力性及经济性的目的。 根据2.0L和1.8L发动机的正向工程仿真研究结果,确定了气道设计、压缩比调整、配气正时优化和进气歧管几何形状等与发动机工作过程相关的主要结构参数。将优化后的气道和压缩比应用于2.0L汽油机上进行了样机试制,并进行了初步试验验证,试验结果表明,与原2.4L汽油机比较,2.0L汽油机升功率提高了13.2%,百公里综合油耗为9.96L,排放指标由国3提升到国4水平,初步达到了强化和节能的效果。后期还将按照本文的正向工程仿真研究结果,采用通过VVT优化配气正时、通过采用可变进气长度的塑料进气管等方案进一步优化发动机性能。 【关键词】：汽油机 动力性 油耗 CFD模拟
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U464.171
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 正向开发简介10-11
• 1.3 内燃机CFD 技术与应用现状11-14
• 1.3.1 CFD 技术发展简介11-13
• 1.3.2 CFD 技术的国内外应用现状13-14
• 1.4 本课题研究的意义及主要工作内容14-16
• 1.4.1 本课题研究的意义14-15
• 1.4.2 本课题研究的内容15-16
• 第二章 发动机强化及节能改进方案16-24
• 2.1 发动机基本参数16-17
• 2.2 影响发动机充量的主要因素17-19
• 2.2.1 进气系统的流动阻力17-19
• 2.2.2 降低排气系统的流动阻力19
• 2.2.3 减少对进气充量的加热19
• 2.3 气道方案和压缩比调整方案19-22
• 2.3.1 气道结构方案19-21
• 2.3.2 压缩比调整与活塞结构方案21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 发动机工作过程一维仿真及结果分析24-35
• 3.1 一维模型建立过程和方法24-27
• 3.1.1 管内一维不定常流动简介24
• 3.1.2 一维热力学计算基本方程24-26
• 3.1.3 发动机的建模步骤26-27
• 3.1.4 发动机边界条件确定27
• 3.2 2.4L 汽油机模型与试验结果对比27-28
• 3.3 气道流量系数的确定28-29
• 3.4 2.0L 发动机模拟结果29-32
• 3.4.1 采用两种方案气道对比29-30
• 3.4.2 压缩比对性能的影响分析30-31
• 3.4.3 配气相位对性能的影响分析31
• 3.4.4 进气管长度及直径对性能的影响分析31-32
• 3.5 1.8L 发动机模拟结果32-34
• 3.5.1 采用不同方案气道结果对比分析32-33
• 3.5.2 配气相位对性能的影响分析33
• 3.5.3 进气管长度及直径对发动机性能的影响33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 发动机工作过程三维动态仿真与结果分析35-70
• 4.1 三维计算流体力学理论基础35-46
• 4.1.1 基本控制方程35
• 4.1.2 湍流模型35-39
• 4.1.3 燃烧模型39-43
• 4.1.4 有限容积法43-46
• 4.2 模型建立过程及方法46-49
• 4.2.1 FIRE 软件简介46
• 4.2.2 计算区域的选取46-47
• 4.2.3 网格化分方法47
• 4.2.4 边界条件的确定47-48
• 4.2.5 后处理截面位置48-49
• 4.3 2.4L 原机模拟及与试验结果对比49
• 4.4 2.0L 发动机采用不同气道和增大压缩比49-59
• 4.4.1 采用方案1 气道49-50
• 4.4.2 采用方案2 气道50-58
• 4.4.3 增大压缩比58-59
• 4.5 1.8L 发动机采用不同气道和增大压缩比59-69
• 4.5.1 采用方案1 气道59-60
• 4.5.2 采用方案2 气道60-65
• 4.5.3 不同活塞顶燃烧室形状方案对比65-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 2.0L 发动机初步试验验证70-75
• 5.1 试验设备、条件及试验准备70-71
• 5.2 整机性能试验71-72
• 5.3 排放试验72-73
• 5.4 模拟与试验结果对比73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-82
• 发表论文和参加科研情况说明82-83
• 致谢83

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