【正文】 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 66 原文說明 題名： 稀燃分層充氣火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)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 。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。應(yīng)該導(dǎo)致更多的汽油，那么循環(huán)變化的當(dāng)量比為。內(nèi)缸油滴圖案要求完成在一個(gè)聯(lián)貫的循環(huán)基礎(chǔ)下在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火狀態(tài)，經(jīng)加工（消除氣缸蓋的震動(dòng)用一個(gè)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?？梢娦砸呀?jīng)履行的有理論情況和接近稀燃極限的穩(wěn)定運(yùn)行?，F(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?？蓪?shí)行的稀燃發(fā)動(dòng)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。 4總結(jié)和結(jié)論 稀燃火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)比起普通發(fā)動(dòng)機(jī)提供高效率低排放的優(yōu)點(diǎn)。分散光按比例射到油滴表面，同時(shí)熒光攙雜激光按比例混合一定數(shù)量的汽油。 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(gè)循環(huán)基礎(chǔ)。這是 Aleiferis的內(nèi)缸當(dāng)量比的化學(xué)發(fā)光的好的研究。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。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(gè)百分點(diǎn)。 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。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?yàn)榘l(fā)動(dòng)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。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(shí)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。 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)。這個(gè)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。相反，這個(gè)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。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。同樣的程序產(chǎn)生的圖片相對循環(huán)顯示 IMEP。隨后，所有上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 62 完成的圖片由 200個(gè)循環(huán)平均油滴分布圖片而來。顯而易見在循環(huán)變化圖案確實(shí)有許多可變 性，但是變化的層次（油滴群的兩個(gè)空間區(qū)域?yàn)槊總€(gè)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）。圖 7是典型的圖片半成品。這個(gè)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(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)，每個(gè)發(fā)火循環(huán)完成的圖象相對完成的背景圖象。這個(gè)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(gè)循環(huán)油滴圖案的“背景”，相當(dāng)于被照亮 的氣缸蓋，被減去。油滴流動(dòng)也在兩個(gè)進(jìn)氣閥和火花塞周圍。除此之外，這個(gè)油滴的性能和單點(diǎn)噴射器的油滴的性能很相似。 當(dāng)雙點(diǎn)噴射器加空氣助力時(shí)，在油滴流到達(dá)火花塞下 6mm的照亮平面的時(shí)刻是典型地進(jìn)氣行程上止點(diǎn)后 90度曲軸轉(zhuǎn)角。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。圖 6a,b顯示油滴各自分布在 6和 10mm平面。沒有明顯的大油滴通過次進(jìn)氣閥流入燃燒室。這個(gè)流動(dòng)由箭頭 1指示。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。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。圖 4的時(shí)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(gè)現(xiàn)在正在研究中。圖 4提供在火花塞下6mm處的激光平面油滴流動(dòng)的開始與結(jié)束時(shí)刻的摘要。在理論情況，所有三種測試情況顯示，油滴流動(dòng)情況和稀燃情況時(shí)是一樣的。油滴流動(dòng)顯示沒有空氣助力的雙點(diǎn)噴射到達(dá)正時(shí)比上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 57 其他雙點(diǎn)噴射早 10度曲軸轉(zhuǎn)角。被測量的最大油滴直徑是100微米。完成圖象的像素尺寸符合 80微米。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 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。外部引發(fā) Qswitch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(shí)間，是可以忽略的。這樣，閃光燈和 Qswitch之間的延誤時(shí)間為設(shè)定為 2度曲軸轉(zhuǎn)角， 222毫秒。Qswitch，圖象強(qiáng)調(diào)器， 幀接受器 使用同一個(gè)晶體管脈沖輸入。 同步的 CCD照相機(jī)，控制圖片的強(qiáng)調(diào)器，激光來源和壓力數(shù)據(jù)的選擇由一個(gè)脈沖發(fā)生器接受它主要引發(fā)的時(shí)間卡。 200個(gè)循環(huán)要求每個(gè)測試事例在每五十個(gè)成批的順序循環(huán)。每個(gè)循環(huán)的圖象拍攝為 8解析度， 256灰度， 768*576像素由一張 幀接受 卡通過周邊元件擴(kuò)展接口傳入一臺裝有英特爾奔騰處理器的 個(gè)人電腦。在一個(gè)連續(xù)的循環(huán)基礎(chǔ)的每個(gè)循環(huán)獲得一張圖片。實(shí)驗(yàn)安排如圖 3。激光光束使形成一激光薄板層可以在 ，展開角度是 20度，焦距范圍是 200到 1000毫米，使用一個(gè) 60*80的輕薄片單元。輸出脈沖能量是可以調(diào)節(jié)的，每脈沖不能超過 120毫焦耳。這個(gè)卡獲取參考脈沖從一個(gè)安裝在曲柄軸上的軸編碼器和安裝在凸輪軸上的磁性裝置。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)安排包括同時(shí)獲得內(nèi)缸壓力和相符的在循環(huán)變化下的油滴分 布圖片。在最近的研究，空燃比為 22時(shí)最不穩(wěn)的情況是上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 54 COVIMEP為 %，當(dāng)空燃比為 15時(shí)是 %。這個(gè)壓力量用來計(jì)算總的平均有效指示壓力和它的變化系數(shù)（ COV） COVIMEP = 100σIMEP/IMEPmean 這 里 σ IPEM是平均有效指示壓力的標(biāo)準(zhǔn)差。圖片 2 顯示噴射器外觀。多點(diǎn)噴射器允許空氣助力，我們比較在有和沒有空氣助力時(shí)內(nèi)缸的油滴分布。空燃比通過噴油時(shí)間和和熱度，線性空氣和燃料比，安裝在排氣歧管的高速測試器來控制。這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)用透視的方法使燃燒室穿過兩個(gè)水平的方向：一個(gè)是通過兩個(gè)安裝在氣缸蓋楔形區(qū)域?qū)?cè)的類似三角形的石英窗和通過一個(gè)放置在活塞頂?shù)氖⒋啊? 2 實(shí)驗(yàn)的安排 發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造 一個(gè)簡單的氣缸，四個(gè)氣門，四個(gè)沖程，進(jìn)氣孔汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)被用作現(xiàn)在的研究。因此，為了測量散開的油滴，用好的背景圖片去除，實(shí)踐中，使它當(dāng)場震動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)在缺火極限?，F(xiàn)在工作的 目的進(jìn)行調(diào)查后期兩個(gè)源頭通過內(nèi)缸油滴分布的視覺平面的循環(huán)變化，通過打開的閥注入稀燃和理論兩種情況，為了檢查在連續(xù)不斷的基礎(chǔ)上在快和慢的兩種稀燃循環(huán)里的正來臨的油滴圖案的可能的變化。他們已經(jīng)報(bào)道有高確定的相互關(guān)系的系數(shù)在繼火時(shí)刻集中在火花塞附近的混合氣和最高層次的缸內(nèi)壓力的峰值。 Aleiferis 也發(fā)現(xiàn)直接根據(jù)（內(nèi)缸空燃比顯示循環(huán)基礎(chǔ)有很大的變化和一致地制造消極的相互關(guān)系系數(shù)，特別是稀燃工作處境，空燃比 20 到 22），顯示空燃比是循環(huán)變化的主要貢獻(xiàn)者。一明顯的候選人，在理論和其他領(lǐng)域?qū)鹧鎸α饔凶饔?，但?Aleiferis 發(fā)現(xiàn)著似乎成為循環(huán)變化的主要捐贈(zèng)者。比如， Aleiferis 用三維效果的 10 度到 40 度的曲軸轉(zhuǎn)角繼火時(shí)刻的原始火焰核增長 CCD 圖象和發(fā)現(xiàn)循環(huán)的特征是在火花項(xiàng)的很短的持續(xù)時(shí)間里（約 20 度曲軸轉(zhuǎn)角），在最后火焰已經(jīng)增大，在平均上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 51 4 毫米的半徑，相一致的 MFB 少于 %。這個(gè) 5%的數(shù)據(jù)是任意的在通過堅(jiān)定的簡單實(shí)驗(yàn)：通過指示圖表測量低數(shù)據(jù) MFB 是困難的因?yàn)闇y量缸內(nèi)壓力是無把握的。 它證明平均有效指示壓力的循環(huán)變化被稱作“燃燒過程的原始火核成長”的燃燒過程的階段有關(guān)聯(lián)，典型地相似于曲軸轉(zhuǎn)角在要燃燒的塊分?jǐn)?shù)（ MFB）在 5%的時(shí)期。已經(jīng)能夠知道 一些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以促進(jìn)充氣分層，在“整體平均”顯示火花塞附近的混合氣比氣缸內(nèi)的平均值高。 1 介紹 稀燃火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)比起常規(guī)火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的效率和更低排放的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榈蛯哟斡偷蔚纳⒉己鸵驗(yàn)楹蛷椥陨㈤_在燃燒室壁的油滴問題有關(guān)和因?yàn)檫\(yùn)行在發(fā)動(dòng)機(jī)缺火極限的震動(dòng)問題有關(guān)，這獲得的圖片通過減去反向峰值電壓基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的修正算法處理成背景。 油滴強(qiáng)烈散布的團(tuán)狀圖片是獲得一個(gè)循環(huán)的基礎(chǔ)。這個(gè)區(qū)域被設(shè)想在一個(gè)透明的單缸 4 氣門楔形火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)通過激光照明的手段 在火花塞下與氣缸蓋墊圈 6 到 10mm 的平行平面。最近的工作已經(jīng)顯示在一個(gè)分層充氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的早期階段的循環(huán)變化與在點(diǎn)火正時(shí)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)。然而，當(dāng)混合氣的空燃比比理論空燃比更少，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。 3）由扁球形燃燒室改為楔形燃燒室的奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的，進(jìn)氣道由于氣道轉(zhuǎn)彎減小，氣體流動(dòng)速度增大，充氣性能得到提高?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論： 1）通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析軟件，對氣缸蓋等這樣的復(fù)雜零件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)是可行的，而且是高效的、省力的。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 46 表 在層流模式下，改進(jìn)前后進(jìn)氣道氣體流速 最小流速 最大流速 改進(jìn)前 改進(jìn)后 表 在湍流模式下，改進(jìn)前后進(jìn)氣道氣體流速 最小流速 最大流速 改進(jìn)前 改進(jìn)后 4 主要結(jié)論 本文按照設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，以上海工程技術(shù)大學(xué)實(shí)訓(xùn)中心所提供的奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋為對象，對其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。且 由于改進(jìn)后的進(jìn)氣道橫向形狀與改進(jìn)前完全一致，但由于燃燒室由扁球形改為楔形燃燒室，改進(jìn)后的進(jìn)氣管在縱向少比改進(jìn)前轉(zhuǎn)彎角度減小，所以只對縱向的氣流進(jìn)行模擬仿真比較是合理的。 圖 在 湍流模式下改進(jìn)后進(jìn)氣道的流速仿真 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 45 圖 在 湍流模式下改進(jìn)后進(jìn)氣道的流速的最大值和最小值 在層流模式下，改進(jìn)前進(jìn)氣道氣體最大流速為 ,最小流速為 ，改進(jìn)后進(jìn)氣道氣體最大流速為 ，最小流速為 ，如表 所示。 圖 在層流模式下改進(jìn)后進(jìn)氣道的流速仿真 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 41 圖 在 層流模式下改進(jìn)后進(jìn)氣道的流速的最大值和最小值 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 42 2）在湍流模式下 改進(jìn)前進(jìn)氣道的流速仿真 , 及最大值和最小值，如圖 所示。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 38 1）在層流模式下 改進(jìn)前進(jìn)氣道的流速仿真 , 及最大值和最小值，如圖 所示。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 36 CFD的仿真模擬的比較 改進(jìn)前后網(wǎng)格劃分的比較 改進(jìn)前網(wǎng)格的劃分和改進(jìn)后網(wǎng)格的劃分，如圖 所示 圖 改進(jìn)前網(wǎng)格的劃分 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 奧迪發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的改進(jìn)設(shè)計(jì) 37 圖 改進(jìn)后網(wǎng)格的劃分 改進(jìn)前后進(jìn)氣管內(nèi)氣體流速的比較 在定義 Viscous 時(shí)，由于要判斷其中的空氣流動(dòng)是層流（ Laminar）還是湍流（ SpalartAllmaras） .要用雷諾數(shù)來確定， 雷諾數(shù)小，意味著流體流動(dòng)時(shí)各質(zhì)點(diǎn)間的粘性力占主要地位，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動(dòng)，呈層流流動(dòng)狀態(tài)。 圖 疊代次數(shù)的設(shè)