【導(dǎo)讀】進(jìn)設(shè)計，目的是改進(jìn)該發(fā)動機(jī)的使用性能。其中主要內(nèi)容是對奧迪發(fā)動機(jī)。形狀也隨燃燒室的改變而相應(yīng)改變。UG軟件對改進(jìn)設(shè)計后的奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的局部改進(jìn)區(qū)域建立實體模型，進(jìn)前后進(jìn)氣道內(nèi)氣體的流速進(jìn)行CFD仿真模擬,并進(jìn)行比較。內(nèi)分別有液體與氣體的流動與傳熱。提高其設(shè)計質(zhì)量。缸蓋設(shè)計計算的研究文獻(xiàn)，表明了這一研究領(lǐng)域受到重視的程度。高壓燃?xì)獾淖饔?。為保證氣缸蓋與氣缸套之間的密封，氣缸蓋還要受到很。布置合理，力求使內(nèi)燃機(jī)性能良好?？赡軠p小熱應(yīng)力，避免氣門座之間形成裂紋。氣缸蓋中熱應(yīng)力很大。當(dāng)變形受到限制時，各種材料中產(chǎn)生熱應(yīng)力的。大小可以用熱應(yīng)力特性數(shù)E??相比而得到熱強(qiáng)度系數(shù)。愈小，熱應(yīng)力愈小，熱強(qiáng)度系。料的熱強(qiáng)度系數(shù)對溫度的變化曲線。由圖可知，當(dāng)溫度低于250℃時，鋁。當(dāng)溫度高于300℃時，鑄鐵和鋼的熱強(qiáng)度比較好。溫度達(dá)到400℃時，鑄鐵的熱強(qiáng)度也迅速下降。度不應(yīng)超過375～400℃，鋁合金氣缸蓋的工作溫度不應(yīng)超過220℃。

　　

【正文】 itch和激光脈沖發(fā)出大約 180納秒的內(nèi)部延誤，比較一度曲軸轉(zhuǎn)角的時間，是可以忽略的。 激光薄片厚度設(shè)定為 2mm，油滴變化的拍攝平面與氣缸蓋墊圈平面平行，在火花塞下 6到 10mm。為了 6mm的位置，平面光的層接觸主進(jìn)氣口在最大的上升；除了這激光平面碰到主進(jìn)氣口， 10mm的平面要求油滴圖象盡可能地接近火花塞。進(jìn)氣行程從噴射開始掃描，從進(jìn)氣行程 上止點(diǎn)后 30度的曲軸轉(zhuǎn)角到進(jìn)氣行程下止點(diǎn)。激光源頭強(qiáng)度的可變性被發(fā)現(xiàn)不是引起重要物的問題。為了建立背景層次，當(dāng)發(fā)動機(jī)和噴射系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時激光射入的燃燒室的 200張圖片被完成和平均，背景圖片的每個像素的灰度強(qiáng)度的變化系數(shù)為 4%。完成圖象的像素尺寸符合 80微米。為了噴射管理利用，內(nèi)缸油滴的平均索特直徑，沒有空氣助力的雙點(diǎn)噴射器為 80微米，既有單點(diǎn)噴射又有空氣助力的雙點(diǎn)噴射是 30微米。被測量的最大油滴直徑是100微米。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 56 圖 3實驗安排 圖 4油滴經(jīng)過激光薄片到達(dá)和離開的時刻 3結(jié)果和討論 面的時刻 油滴流入照亮平面開始在發(fā)生稀燃狀態(tài)，在單點(diǎn)噴射器和沒有空氣助力的雙點(diǎn)噴射，在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后 80度的曲軸轉(zhuǎn)角，結(jié)束在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后 130度的曲軸轉(zhuǎn)角。油滴流動顯示沒有空氣助力的雙點(diǎn)噴射到達(dá)正時比上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 57 其他雙點(diǎn)噴射早 10度曲軸轉(zhuǎn)角。這個噴射器的油滴流動據(jù)觀察比其他兩個少，發(fā)生在上止點(diǎn)后 110度曲軸轉(zhuǎn)角。在理論情況，所有三種測試情況顯示，油滴流動情況和稀燃情況時是一樣的。單點(diǎn)噴射和沒有空氣助力的雙點(diǎn)噴射的油滴流動的最后在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后 150度曲軸轉(zhuǎn)角，當(dāng)有空氣助力的雙點(diǎn)噴射是進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后 140度曲軸 轉(zhuǎn)角。圖 4提供在火花塞下6mm處的激光平面油滴流動的開始與結(jié)束時刻的摘要。循環(huán)變化在這些時刻不超過 3度曲軸轉(zhuǎn)角。圖 4的時刻表示在普通情況， Carabateas的發(fā)現(xiàn)，說在考慮之后，在后期研究，單點(diǎn)噴射安裝在不同的外觀進(jìn)氣點(diǎn)，其中一個現(xiàn)在正在研究中。 單點(diǎn)噴射在稀燃情況下最大的集中油滴進(jìn)入照射平面被發(fā)現(xiàn)在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)。燃油分布在 6到 10mm平面的典型圖片被證明是“橢圓”分別在圖5a,b。兩個平面顯示相似的集中的圖案。根據(jù)觀察，最稠密的油滴集中在排氣閥的下面，相對著主進(jìn)氣閥，接 近氣缸套，就像圖 5a,b中的橢圓指出的那樣。典型的分隔大油滴的流動發(fā)生在主進(jìn)氣閥和對應(yīng)的排氣閥之間，比較主要的油通路，照射的平面是一個更稀疏的集中。這個流動由箭頭 1指示。加之一個好的油滴流動被發(fā)現(xiàn)在火花塞周圍和在在主要和次要的進(jìn)氣閥之間，箭頭 2標(biāo)明。沒有明顯的大油滴通過次進(jìn)氣閥流入燃燒室。 無空氣助力的雙點(diǎn)噴射器在稀燃情況下的油滴分布最顯然在進(jìn)氣行程上上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 58 止點(diǎn)后 100度曲軸轉(zhuǎn)角，這和一個記錄單點(diǎn)噴射的油滴性能是相同一個曲軸角度。圖 6a,b顯示油滴各自分布在 6和 10mm平面。每幅圖 油滴主要集中被標(biāo)記了橢圓記號。大多數(shù)油滴流量通過主進(jìn)氣閥，不過有些油滴也通過次進(jìn)氣閥進(jìn)入氣缸，如圖 6里的箭頭標(biāo)出的。因為主要的油滴流量別觀察標(biāo)記在活塞環(huán)的可見的金屬結(jié)構(gòu)，有很大的可能是最大的油滴流接近氣缸套。 當(dāng)雙點(diǎn)噴射器加空氣助力時，在油滴流到達(dá)火花塞下 6mm的照亮平面的時刻是典型地進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后 90度曲軸轉(zhuǎn)角。在更早的時刻，比較沒有空氣助力的雙點(diǎn)和單點(diǎn)噴射的記錄，是空氣助力器導(dǎo)致油滴霧化的結(jié)果。除此之外，這個油滴的性能和單點(diǎn)噴射器的油滴的性能很相似。最密集的油滴的集中的焦點(diǎn)在排氣閥下對應(yīng)主進(jìn)氣 閥，由氣缸外圍向向主進(jìn)氣閥移動大約 5到 15度曲軸轉(zhuǎn)角。油滴流動也在兩個進(jìn)氣閥和火花塞周圍。 圖 5單點(diǎn)噴射： a圖 6mm平面； b圖 10mm平面 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 59 圖 6：沒有空氣助力的雙點(diǎn)噴射： a圖 6mm平面； b圖 10mm平面 圖 7：在火花塞下 6mm處內(nèi)缸油滴分布： a原始圖象； b處理后圖象 最大數(shù)量的油滴分散光發(fā)現(xiàn)在火花塞下 6mm的平面，進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后100度曲軸轉(zhuǎn)角，單點(diǎn)噴射器。為了量化在循環(huán)基礎(chǔ)內(nèi)缸油滴圖案，沿著圖象過程順序被采用：第一，每個循環(huán)油滴圖案的“背景”，相當(dāng)于被照亮 的氣缸蓋，被減去。然而，這個過程不得不計算發(fā)動機(jī)裝配的“震動”在高循環(huán)變化的平均有效指示壓力的情況下接近稀燃運(yùn)行的極限，“搖動”對應(yīng)空間象素，從一個循環(huán)到另一個。這個完整減法位置問題，照亮缸蓋的位置問題在注入油滴的完整 200張圖片的順序被記錄。為了解決這些問上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 60 題我們不得不考慮用計算式對圖片“修正”，最后，我們決定申請一個反向修正算法式基于反向峰值電壓法則去完成圖象和背景圖象。這個運(yùn)算式被運(yùn)行在完成的圖象和背景圖象之間為了替換，在空間，當(dāng)發(fā)動機(jī)不運(yùn)行時，每個發(fā)火循環(huán)完成的圖象相對完成的背景圖象。這個方法被證明顯 然是成功的，算法式產(chǎn)生的值，修正正負(fù) 4個像素，最終導(dǎo)致優(yōu)選減少背景圖片。圖 7是典型的圖片半成品。 圖 8空燃比為 22在進(jìn)氣行程時火花塞下 6mm處油滴的循環(huán)變化 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 61 圖 9空燃比為 22平均循環(huán)有效壓力的概率分布的柱狀圖 圖 10空燃比 22火花塞下 6mm處油滴循環(huán)變化的區(qū)別： a “好”循環(huán) b “壞”循環(huán) 圖 8介紹一系列油滴群在進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后 100度曲軸轉(zhuǎn)角時進(jìn)入氣缸產(chǎn)生的圖象在使用單點(diǎn)噴射器時（對比圖 8的圖片來調(diào)節(jié)復(fù)制品，原始數(shù)碼圖片未展示出飽和度）。顯而易見在循環(huán)變化圖案確實有許多可變 性，但是變化的層次（油滴群的兩個空間區(qū)域為每個循環(huán)和它的 XY坐標(biāo)）不是意味火焰燃燒圖案的循環(huán)變化和 Aleiferis的平均有效指示壓力的值）。 作為初步分類和比較隨著平均有效指示壓力的循環(huán)變化的油滴分布的循環(huán)變化，決定統(tǒng)計平均循環(huán)有效壓力的柱狀圖，如圖 9。隨后，所有上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 62 完成的圖片由 200個循環(huán)平均油滴分布圖片而來。加之，循環(huán)的油滴分布圖片展示的 IMEPmean平均后產(chǎn)生一張圖片相對于被稱之為壞循環(huán)的油滴分布。同樣的程序產(chǎn)生的圖片相對循環(huán)顯示 IMEP。 比如圖片對應(yīng)叫作“好循環(huán) ”。于是，這圖片對應(yīng)所有循環(huán)的平均油滴分布有條件地從“好”和“壞”的油滴循環(huán)的圖片結(jié)果分別顯示在圖 10a,b。它可以觀察圖片相對好循環(huán)和其他循環(huán)的平均油滴分布的不同，比如圖10a,顯示一幅圖片“剩余”光在氣缸好循環(huán)的進(jìn)氣沖程的油滴撞擊。相反，這個圖象相對壞循環(huán)的平均油滴分布和其他循環(huán)的區(qū)別，如圖 10b,一幅低亮度的全部的圖片，它意味這亮度相對壞循環(huán)的平均油滴分布比其他循環(huán)低。為了進(jìn)一步研究，好循環(huán)的平均油滴分布減去壞循環(huán)的，改成主要的背景圖片和壞循環(huán)減去好循環(huán)的平均油滴分布，改成相似于圖 10a的圖案。這個猜 測是在好循環(huán)圖片的分散光的區(qū)域圖片不存在壞循環(huán)圖片，所有壞循環(huán)的分散光包含在好循環(huán)的分散光里面。這個趨勢是進(jìn)一步觀察在火花塞下 10mm激光平面時刻的油滴分布，確定三維存在的不同。 重復(fù)以上過程獲得一系列圖片和在理論情況下平均有效指示壓力的數(shù)據(jù)。在這樣的情況導(dǎo)致 COVIMEP剛剛 %，它決定分類這些循環(huán)IMEP“好”循環(huán)，“壞”循環(huán)顯示 IMEPmean。被觀察的結(jié)果圖案和稀燃循環(huán)圖案非常類似，例如：當(dāng)好循環(huán)圖像減去壞循環(huán)圖像，結(jié)果圖像主要是黑色的圖像，同時壞循環(huán)圖像 從好循環(huán)圖像中減少改變的圖像和對應(yīng)的稀燃循環(huán)圖像十分類似。 這個分析顯示噴射過程、霧化、汽化和稀燃和理論情況的早期進(jìn)氣循環(huán)都很相似，一確切數(shù)量的汽油“升壓”好的循環(huán)和稀燃和理論情況都很上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 63 相似。然而，導(dǎo)致全部數(shù)量的燃油噴射在空燃比為 22的稀燃情況比空燃比為 15的理論情況少（因為發(fā)動機(jī)保持常量），燃料的區(qū)別是比稀燃情況按比例的更大，可能地，足夠大造成更大的平均有效指示壓力的變化在稀燃情況。因此，點(diǎn)火正時空燃比的循環(huán)變化的起源是早期進(jìn)氣沖程油滴分布的變化。 這里需要提示的是在完成圖像的分散光圖片是按 比例的油滴的表面區(qū)域，因此，這里可能爭論的是“好”與“壞”循環(huán)觀察圖案的不同歸咎于霧化 /汽化過程，經(jīng)過既不大于油滴平均數(shù)量，也不大于油滴平均尺寸。 好循環(huán)的平均油滴分布區(qū)域的測量顯示比壞循環(huán)大 5%，但是好循環(huán)的區(qū)域的亮度更稀疏（例如，亮光的數(shù)量和圖 10相似，前面提起的）顯示這區(qū)域的數(shù)量是 30%。加之，這稀疏光的亮度研究顯示好循環(huán)的 30%比壞循環(huán)高 20個百分點(diǎn)。假設(shè)不同的亮度 Δ I，單單由于現(xiàn)狀，好循環(huán)有更多的油滴尺寸和壞循環(huán)一樣，意味 Δ I和油滴數(shù)量 n有比例關(guān)系 ,例如， Δ I正比于 n,那么這個亮度符合燃料 更稀地不同， Δ m,在好與壞循環(huán)之間，比如，20%更多的汽油在這 30%的區(qū)域。非此即彼，假設(shè) Δ I僅僅取決于現(xiàn)在相同數(shù)量的大油滴， Δ I取決于這些油滴的表面積更大，比如 Δ I正比于 D平方，那么不同的 Δ m，和油滴的數(shù)量是成比例的，例如 Δ m正比于 D的立方，是Δ I的 3/2次方，例如 20%的 3/2次方更多燃料在 30%的區(qū)域。因此，可以估計在空燃比為 22汽油有 6%到 22%的不同，好循環(huán)最好空燃比約等于 19，壞循環(huán)最壞空燃比約等于 25。這是 Aleiferis的內(nèi)缸當(dāng)量比的化學(xué)發(fā)光的好的研究。事實上， Aleiferis起反應(yīng)的混 合物的當(dāng)量比的循環(huán)變化的最大值是 ，現(xiàn)在的研究最大值估計是 ，一致的結(jié)果證明確定內(nèi)缸混合上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 64 氣點(diǎn)火正時空燃比變化的可變性和并發(fā)的平均有效指示壓力的層次。 為了進(jìn)一步證明上述觀測，需要測量內(nèi)缸油滴分布在一個循環(huán)基礎(chǔ)?？梢员贿@樣一些方法完成：一是通過平面油滴尺寸運(yùn)行測量技術(shù)，一個基于油滴分散光和熒光同時發(fā)生完成圖像的技術(shù)。分散光按比例射到油滴表面，同時熒光攙雜激光按比例混合一定數(shù)量的汽油。因此，確定如此的 2幅圖片，一個是在一個循環(huán)基礎(chǔ)上的空間油滴尺寸分布，最后，推斷，好與壞循環(huán)的不同的汽油分布圖 案導(dǎo)致更多，更大油滴。 4總結(jié)和結(jié)論 稀燃火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)當(dāng)比起普通發(fā)動機(jī)提供高效率低排放的優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)混合氣的空燃比增加超過理論， 在氣缸燃燒過程的早期循環(huán)變化，和并發(fā)的平均有效指示壓力，成為更顯著和稀燃過程的限定。可實行的稀燃發(fā)動機(jī)促進(jìn)充氣分層，使在火花塞附近的混合氣比氣缸內(nèi)的平均值多。最近的工作已經(jīng)顯示在一個分層充氣發(fā)動機(jī)燃燒過程的早期階段的循環(huán)變化與在點(diǎn)火正時左右火花塞周圍的空燃比局部數(shù)值的變化和氣缸的平均空燃比數(shù)值有關(guān)。現(xiàn)行的工作的目的是證明一些空燃比變化可能的來源是由于在進(jìn)氣行程早期內(nèi)缸區(qū)域的油 滴變化。 這些循環(huán)圖案是由一個運(yùn)行的單缸楔形火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)通過激光層照亮和在與氣缸蓋墊片平行的裝有 CCD鏡頭的兩平面：一個在火花塞下6mm，一個在火花塞下 10mm。可見性已經(jīng)履行的有理論情況和接近稀燃極限的穩(wěn)定運(yùn)行。三種類型的噴射系統(tǒng)的工況也被檢查，為了比較用相位多普勒風(fēng)速和風(fēng)向測定法的內(nèi)缸油滴分布工作的先前全體的油滴圖案的上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 65 循環(huán)結(jié)果。內(nèi)缸油滴圖案要求完成在一個聯(lián)貫的循環(huán)基礎(chǔ)下在發(fā)動機(jī)發(fā)火狀態(tài)，經(jīng)加工（消除氣缸蓋的震動用一個反向峰值電壓交叉關(guān)系運(yùn)算法）為了建立油滴團(tuán)的亮度和循環(huán)變化的尺寸與平均有效指示 壓力之間的可能的關(guān)系。 油滴到達(dá)和離開照亮平面的時刻沒有發(fā)現(xiàn)值得注意的改變在一個循環(huán)基礎(chǔ)，但是稀疏光完成的圖像顯示比 85%平均有效指示壓力更低（壞循環(huán)）， 20%低于油滴地稀疏光超過 30%的 2D稀疏光區(qū)域?qū)?yīng)于 115%平均有效指示壓力（好循環(huán)）。應(yīng)該導(dǎo)致更多的汽油，那么循環(huán)變化的當(dāng)量比為。如此一系列變化在同一發(fā)動機(jī)起反應(yīng)的混合物的內(nèi)缸空燃比的循環(huán)變化可以做現(xiàn)在的工作。然而，進(jìn)一步的研究需要建立是否這些稀疏光圖案的變化由更多的油滴表面區(qū)域是由更多的油滴數(shù)量產(chǎn)生，或者更多的油滴表面積是 由更大的油滴尺寸產(chǎn)生。這個可能由激光油滴平面完成，那里是適當(dāng)攙雜的熒光被 Mie熒光同時完成的圖片的亮度分隔的油滴熒光圖片平面的亮度，為了產(chǎn)生一個油滴尺寸的分布。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 奧迪發(fā)動機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計 66 原文說明 題名： 稀燃分層充氣火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)進(jìn)氣行程早期油滴分布的循環(huán)變化 作者： , 來源： Experiment in Fluids,Volume 39,Number 5/November,2020