可變氣門驅(qū)動(dòng)直噴汽油機(jī)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)及燃油霧化混合的試驗(yàn)研究_

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文可變氣門驅(qū)動(dòng)直噴汽油機(jī)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)及燃油霧化混合的試驗(yàn)研究姓名：張東明申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程指導(dǎo)教師：王天友20090501中文摘要為了使用三效催化轉(zhuǎn)換器降低排放，目前量產(chǎn)的直噴汽油機(jī)主要采用當(dāng)量比燃燒模式，此時(shí)汽油直噴系統(tǒng)仍采用節(jié)氣門控制負(fù)荷，泵吸損失依然存在，所以與氣道噴射汽油機(jī)相比，該種汽油直噴系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性并沒(méi)有顯著提高。最近幾年，可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（）技術(shù)的發(fā)展，使得泵吸損失明顯減小成為可能，如果將其應(yīng)用于當(dāng)量比燃燒的直噴汽油機(jī)上，既可消除泵吸損失，降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率，同時(shí)又可發(fā)揮直噴汽油機(jī)動(dòng)力性等其它優(yōu)勢(shì)。由于機(jī)械式可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣門升程和

2、正時(shí)是聯(lián)動(dòng)的，這必將使得發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)明顯不同，特別在低氣門升程下，產(chǎn)生的高速氣流對(duì)直噴汽油機(jī)的燃油霧化和混合產(chǎn)生直接影響。設(shè)計(jì)改造了一光學(xué)汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)中光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)由電機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速為，采用粒子圖像測(cè)速（）技術(shù)，使用最大升程分別為、和的四種進(jìn)氣凸輪軸，研究了不同氣門升程下缸內(nèi)氣體流動(dòng)特性以及其對(duì)燃油霧化和混合的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，直噴汽油機(jī)進(jìn)氣初期缸內(nèi)呈現(xiàn)逆滾流，之后逆向滾流不能得以保持，缸內(nèi)逐漸形成雙渦結(jié)構(gòu)；壓縮沖程，進(jìn)氣門側(cè)滾流不斷受到擠壓而衰減，速度場(chǎng)中可觀測(cè)到一順時(shí)針滾流形成的趨勢(shì)。隨著氣門升程降低缸內(nèi)平均速度減小，四種氣門升程下滾流比差異不大。缸內(nèi)渦流在進(jìn)氣沖程呈現(xiàn)出雙渦流特征

3、，并在壓縮沖程演變?yōu)榇蟪叨葴u流。隨著氣門升程降低，渦流運(yùn)動(dòng)逐漸加強(qiáng)，小氣門升程下渦流比增大明顯，壓縮沖程末期氣門升程為時(shí)的渦流比是時(shí)的倍。低通濾波分析發(fā)現(xiàn)湍流強(qiáng)度和湍動(dòng)能隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的趨勢(shì)類似，都是在進(jìn)氣沖程隨著曲軸轉(zhuǎn)角增大而減小，在壓縮沖程反而有逐漸增加的趨勢(shì)。滾流測(cè)量面上，最大氣門升程為時(shí)的湍動(dòng)能和湍流強(qiáng)度隨曲軸轉(zhuǎn)角變化不明顯。氣門升程為時(shí)變化最為突出，湍流強(qiáng)度的最大差值為，湍動(dòng)能最大差值為。壓縮沖程末期升程的湍流強(qiáng)度和湍動(dòng)能最大，分別為和，分別是升程工況的倍和倍。渦流測(cè)量面上，四種氣門升程下，在進(jìn)氣沖程湍流強(qiáng)度和湍動(dòng)能的變化趨勢(shì)非常相似；壓縮沖程，隨著氣門升程的降低湍流強(qiáng)度和湍動(dòng)能都增

4、大。升程的湍動(dòng)能和湍流強(qiáng)度是升程的倍左右。均勻混合直噴汽油機(jī)在進(jìn)氣沖程早期噴射燃油有更充裕的時(shí)間和空氣混合，高的噴油壓力使液滴粒徑更小，貫穿距更短，燃油霧化混合更為徹底。燃油液滴和空氣混合過(guò)程中的相互影響使缸內(nèi)形成了正向大尺度滾流運(yùn)動(dòng)，增大了燃油和空氣的接觸面積；隨著最大氣門升程的降低，燃油霧化混合更為充分和迅速。分析其成因，主要是由于單一方向滾流的形成和小氣門升程下強(qiáng)的渦流運(yùn)動(dòng)和湍流強(qiáng)度使燃油霧化混合更加徹底。關(guān)鍵詞：直噴汽油機(jī)，氣流運(yùn)動(dòng)特性，燃油霧化及混合，可變氣門升程，（），、（），；，；，；，；，：，獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除

5、了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得鑫鲞盤鱟或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：跟樂(lè)岡簽字日期：聽(tīng)年月了日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解苤注苤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)墨盜盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：歃東胡導(dǎo)師簽名：

6、乏天頁(yè)簽字日期：吖年月了日簽字目期：呷年么月日第一章緒論引言第一章緒論年，據(jù)我國(guó)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，全年進(jìn)口原油萬(wàn)噸，增長(zhǎng)。全年進(jìn)口成品油萬(wàn)噸，同比增加萬(wàn)噸。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，原油消費(fèi)對(duì)外依存度，比上年提高個(gè)百分點(diǎn)。全年石油消費(fèi)對(duì)外依存度達(dá)到，比上年提高個(gè)百分點(diǎn)，這種形勢(shì)以對(duì)我國(guó)的能源安全造成了較大的威脅，而其中汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是主要的是石油資源消耗者。同時(shí)在我國(guó)大中型城市，汽車尾氣排放已成為主要的大氣污染源。有資料表明，上海市的汽車總量只相當(dāng)于日本東京的，但空氣中主要由汽車排放的、和的總量卻基本相同。目前我國(guó)在用汽車保有量為多萬(wàn)輛，然而隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和社會(huì)需要的增加，在今后年內(nèi)，中國(guó)汽車保有量將以年均的速度增

7、長(zhǎng)【捌。由此可見(jiàn)，當(dāng)前車用動(dòng)力的發(fā)展正面臨著進(jìn)一步降低污染氣體排放、緩解石油危機(jī)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此展開(kāi)高效清潔內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)的相關(guān)研究是具有十分重要意義，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)的可持續(xù)性發(fā)展也具有十分重要意義。雖然柴油機(jī)與汽油機(jī)相比，在節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面都具優(yōu)勢(shì)，但是由于我國(guó)柴油資源十分緊缺，以及環(huán)保方面對(duì)微小顆粒的限制和柴油轎車的高成本，使得我國(guó)一直以汽油機(jī)作為轎車和輕型車的主要?jiǎng)恿υ?。由于汽油機(jī)燃燒依靠點(diǎn)燃和火焰?zhèn)鞑?，混合氣的空燃比必須控制在一定的范圍，需要限制壓縮比，而且在低負(fù)荷工況不得不進(jìn)行節(jié)流降低進(jìn)氣壓力，造成泵氣損失，也使混合氣的比熱比較低，影響熱效率，因此盡管汽油機(jī)的機(jī)械摩擦損

8、失比柴油機(jī)小，油耗仍比柴油機(jī)平均高。所以，從汽油車的保有量和油耗水平來(lái)考慮，汽油車的節(jié)能潛力是極大的。提高汽油機(jī)部分負(fù)荷熱效率可通過(guò)不同途徑。首先，提高進(jìn)氣壓力降低泵氣損失，包括采用可變氣門定時(shí)和可變升程機(jī)構(gòu)、均勻混合直噴與可變氣門定時(shí)結(jié)合、廢氣再循環(huán)、稀燃、分層燃燒缸內(nèi)直噴、等技術(shù)。其中“軟噴射”或稱為“噴霧引導(dǎo)”型分層燃燒缸內(nèi)直噴汽油機(jī)是公認(rèn)能提高汽車在規(guī)定運(yùn)行工況的平均燃油效率近，是世界上公認(rèn)的提高汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的最有效的手段之一。但這種分層稀燃汽油機(jī)存在很多缺陷：由于稀薄燃燒而不能采用技術(shù)十分第一章緒論成熟的三效催化轉(zhuǎn)換器，而專用的稀燃催化劑在還原過(guò)程中要消耗燃油，而且對(duì)汽油含硫量要求極

9、為嚴(yán)格；燃燒組織困難，還要配備滾流進(jìn)氣道，燃燒室形狀復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大；噴油器容易結(jié)垢積碳；由于當(dāng)前的直噴汽油機(jī)大多采用壁面阻擋的形式組織進(jìn)氣，容易形成壁面油膜和淬熄效應(yīng)，并使碳?xì)渑欧艕夯?，而且這種燃燒系統(tǒng)顆粒和碳煙排放也比較高。采用直噴均勻混合燃燒可以避免分層稀燃的這些缺陷，首先，由于采用當(dāng)量空燃比的混合氣和三效催化器，排氣中的氮氧化物處理問(wèn)題可以得到妥善解決，不再需要超低硫汽油；其次采用均勻混合氣可以避免缸內(nèi)形成過(guò)濃或過(guò)稀的混合氣區(qū)，不僅避免了在過(guò)濃混合氣區(qū)生成碳煙，也降低了因火焰不能傳播到過(guò)稀混合氣區(qū)而造成的碳?xì)渑欧?；同時(shí)燃燒控制相對(duì)分層稀燃直噴汽油機(jī)要簡(jiǎn)單。盡管均勻混合直噴汽油機(jī)有許多優(yōu)

10、勢(shì)，與分層稀燃直噴汽油機(jī)相比，均勻混合直噴汽油機(jī)不能在部分負(fù)荷工況下通過(guò)提高空燃比來(lái)減少泵氣損失和提高混合氣的比熱比，因此部分負(fù)荷工況熱效率遠(yuǎn)低于分層稀燃直噴汽油機(jī)，其整體平均燃油熱效率提高約，經(jīng)濟(jì)性改善有限。近年來(lái)，可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)逐漸發(fā)展為一項(xiàng)成熟技術(shù)。該系統(tǒng)在顯著改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放方面具有很大的潛力。通過(guò)改變進(jìn)氣氣門升程和定時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，可有效的降低與進(jìn)氣節(jié)氣門有關(guān)的泵氣損失?？勺儦忾T正時(shí)（）是現(xiàn)代汽油機(jī)的常用技術(shù)。它能提高低轉(zhuǎn)速扭矩約減少中小型汽車燃油消耗。凸輪型線切換（）方法通過(guò)選擇低升程和高升程凸輪型線來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性和高負(fù)荷時(shí)的動(dòng)力。近年來(lái)，在美國(guó)

11、、歐洲和日本新開(kāi)發(fā)的汽油機(jī)中以上都采用了和技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在氣道噴射汽油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。但是氣道噴射汽油機(jī)在部分負(fù)荷工況的汽油混合主要是依靠高溫燃?xì)飧咚倩亓鬟M(jìn)氣道來(lái)沖擊進(jìn)氣道壁面上的油膜和或油池，由于可變氣門技術(shù)使得進(jìn)氣壓力提搞而造成的燃?xì)饣亓鳒p少使汽油蒸發(fā)和油氣混合惡化，碳?xì)渑欧旁黾尤紵式档?，因此在氣道噴射汽油機(jī)上可變氣門驅(qū)動(dòng)技術(shù)受到限制，不能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，把均勻混合直噴技術(shù)和可變氣門驅(qū)動(dòng)技術(shù)相結(jié)合將互補(bǔ)對(duì)方的缺點(diǎn)而保留自己的優(yōu)點(diǎn)，成為一種優(yōu)化的燃燒系統(tǒng)。在這種汽油機(jī)中，可變氣門驅(qū)動(dòng)技術(shù)可有效的減少泵氣損失，彌補(bǔ)均勻混合直噴技術(shù)的不足。而由于汽油混合是依賴高壓噴霧來(lái)實(shí)現(xiàn)的，

12、所以提高進(jìn)氣壓力對(duì)燃油混合和蒸發(fā)沒(méi)有影響。在整個(gè)車輛運(yùn)行工況的平均油耗與分層稀燃直噴汽油機(jī)的水平十分接近。第一章緒論直噴汽油機(jī)研究現(xiàn)狀直噴汽油機(jī)一直被認(rèn)為是提高汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的重要技術(shù)之一。直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)就在于利用自主性極高的噴油系統(tǒng)，來(lái)創(chuàng)造出低速降低油耗、中速降低排放與高速增強(qiáng)動(dòng)力性三者兼具的表現(xiàn)。早在幾十年前，作為燃油預(yù)混式汽油機(jī)技術(shù)的改進(jìn)，研究者已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)四沖程直噴點(diǎn)燃式（）發(fā)動(dòng)機(jī)研究【】。絕大多數(shù)的系統(tǒng)都在部分負(fù)荷時(shí)采用充量分層稀燃來(lái)降低泵吸損失和較高的壓縮比來(lái)提高熱效率。例女公司的（）的低壓噴射系統(tǒng)，其噴射壓力大約。】以及采用與柴油機(jī)類似的高壓噴油的（）系統(tǒng)。但是以上兩種系

13、統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)都有較高的和排放，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率受到碳煙排放的限制。但是近年來(lái)隨著高壓噴射技術(shù)和電子控制技術(shù)的高速發(fā)展，使得發(fā)動(dòng)機(jī)界對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)重新產(chǎn)生了興趣。揭起相關(guān)熱潮的是公司在年以代號(hào)的直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，建造了（）動(dòng)力系統(tǒng)，并裝置于車系上，并銷售到了歐洲，。同時(shí)和也相應(yīng)的開(kāi)發(fā)了分層稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)【孓。近兩年的與的系統(tǒng)先后問(wèn)世，美國(guó)的通用公司和意大利的公司也有相關(guān)新產(chǎn)品的問(wèn)世。當(dāng)前在中國(guó)市場(chǎng)上搭載了集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車，已經(jīng)打開(kāi)了國(guó)內(nèi)直噴汽油機(jī)轎車市場(chǎng)。按充量分層模式的不同可分為噴霧引導(dǎo)型、壁面引導(dǎo)型和氣流引導(dǎo)型三種方式，如圖所示。唼（）噴霧引導(dǎo)型（）壁而引導(dǎo)型（）氣流引導(dǎo)犁圖分層燃燒系統(tǒng)分類公司的

14、兩種系統(tǒng)都將噴油器布置在燃燒室頂端，而、和都將噴油器布置于進(jìn)氣道下側(cè)。雖然公司的發(fā)動(dòng)機(jī)充第一章緒論分利用逆滾流運(yùn)動(dòng)促使混合氣向火花塞附近運(yùn)動(dòng)】，公司的發(fā)動(dòng)機(jī)利用強(qiáng)渦流來(lái)促進(jìn)燃油霧化過(guò)程，但是燃油是通過(guò)氣缸壁和活塞的引導(dǎo)作用來(lái)改變運(yùn)動(dòng)方向的，所以它們都屬于壁面引導(dǎo)型分層燃燒系統(tǒng)。雖然壁面引導(dǎo)型分層燃燒系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)充量分層稀燃，但是其本身具有很大的缺陷：首先中高負(fù)荷時(shí)，不能采用分層稀燃模式，因?yàn)殡S著負(fù)荷的增加其不能提前噴油，否則活塞位置過(guò)低，活塞頂不得壁面不能完全阻斷噴霧，使得部分油束與缸套相撞，并進(jìn)入罅隙，這樣不但會(huì)造成較高的未燃排放，也會(huì)沖淡缸套表面的潤(rùn)滑油，是摩擦增加甚至造成拉缸，所以當(dāng)前的

15、系統(tǒng)在中高負(fù)荷時(shí)都采用均質(zhì)混合當(dāng)量比燃燒，結(jié)果使得泵吸損失不能有效的去除。其次該系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的壁濕現(xiàn)象，使得未燃、和碳煙的排放明顯增加。同時(shí)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，燃油霧化時(shí)間縮短，分層燃燒的效率降低使得碳煙和和油耗都增加，并且由于適宜的混合和混合過(guò)程更加困難，降低了燃燒的穩(wěn)定性。所以發(fā)動(dòng)機(jī)只能限制在轉(zhuǎn)左右【。，等人在一臺(tái)排量的單缸機(jī)上對(duì)比了氣流引導(dǎo)型（）和噴霧引導(dǎo)型（）分層燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)模式下油耗要比高出，但和排放幾乎是模式下的一半，排放幾乎為零，只有未燃略高于模式。并且試驗(yàn)證明了可變氣門正時(shí)（）系統(tǒng)應(yīng)用于分層稀燃直噴汽油機(jī)取得的效果要遠(yuǎn)差與發(fā)動(dòng)機(jī)所取得的效果【】。等人將

16、渦輪增壓器配備與分層直噴汽油機(jī)上，研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣增壓能明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)小型化，從而降低油耗有明顯的效剁丌。等人有三位工具研究了可變氣門正時(shí)控制混合氣的形成過(guò)程【引。等人研究了在非常高的噴油壓力下，周圍溫度和背壓對(duì)油束形狀，液滴速度和直徑的影響，研究發(fā)現(xiàn)開(kāi)始時(shí)周圍溫度越高霧化速度愉快，噴油開(kāi)始時(shí)由于摩擦力的影響，高背壓下噴霧錐角和貫穿距都相應(yīng)減小，但在噴油末期，由于燃油慣性的作用，其噴霧錐角和貫穿距都會(huì)維持在一固定值。但隨著噴油壓力的增加，噴油量也隨之增加【。國(guó)內(nèi)也在近些年開(kāi)展了直噴汽油機(jī)的研究，先后有清華大學(xué)、天津大學(xué)、西安交通大學(xué)和上海交通大學(xué)開(kāi)展了對(duì)直噴汽油機(jī)替代燃料和均質(zhì)壓

17、燃方面的研究】。無(wú)論是國(guó)外大型汽車公司還是國(guó)內(nèi)高校、研究所，眾多研究都傾向于分層稀燃和均質(zhì)壓燃直噴汽油機(jī)方面，而在均勻混合直噴汽油機(jī)上的研究十分罕見(jiàn)?？勺儦忾T驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究現(xiàn)狀可變氣門驅(qū)動(dòng)（，從）在汽車界被認(rèn)為是發(fā)展下一第一章緒論代發(fā)動(dòng)機(jī)最為有效的技術(shù)之一，必將對(duì)汽油機(jī)發(fā)展產(chǎn)生重要影響】。到目前為止，的應(yīng)用基本是以通過(guò)應(yīng)用可變氣門定時(shí)（，）提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩、高速功率或者改善排放為主要目的，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率提高能力有限。如日本本田公司開(kāi)發(fā)的、豐田公司的【以及公司的】等。此外德國(guó)奧迪、美國(guó)福特以及日本等也相繼推出具有可變配氣相位的轎車【】。為了同時(shí)最大程度地提高汽油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排放，全

18、可變氣門驅(qū)動(dòng)或無(wú)凸輪驅(qū)動(dòng)（包括可變氣門升程、定時(shí)）裝置將是今后汽油機(jī)技術(shù)最有前途的發(fā)展方向。如英國(guó)公司的系統(tǒng)、公司正在聯(lián)合開(kāi)發(fā)無(wú)凸輪電液系統(tǒng)，美國(guó)、等公司開(kāi)發(fā)的無(wú)凸輪電液系統(tǒng)【以及公司、美國(guó)等公司正在研制的電磁控制的無(wú)凸輪系統(tǒng)【】。另外還有一些機(jī)械式全可變氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括的，德國(guó)的公司、美國(guó)的、英國(guó)公司】。這其中，真正做到可以把節(jié)氣門去掉以可變氣門驅(qū)動(dòng)控制負(fù)荷，減小泵吸損失的是的無(wú)節(jié)氣門發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷管理系統(tǒng)（全可變氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。該系統(tǒng)于年應(yīng)用于量產(chǎn)汽油機(jī)，年又對(duì)其進(jìn)行了全面改進(jìn)，應(yīng)用該系統(tǒng)部分負(fù)荷工況下可以使油耗降約。國(guó)內(nèi)自年代末開(kāi)始這一領(lǐng)域的研究工作，先后有清華大學(xué)、長(zhǎng)春汽車研究所、上海交

19、通大學(xué)和吉林大學(xué)開(kāi)展了可變氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)研究【孓。近幾年浙江大學(xué)及武漢理工大學(xué)也參與了該研究領(lǐng)域，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的仿真計(jì)算【齜劌。內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的作用內(nèi)燃機(jī)的燃燒是一種帶有劇烈放熱化學(xué)反應(yīng)的流動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)際燃燒過(guò)程是一個(gè)包含流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)以及它們之間相互作用的復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程。內(nèi)燃機(jī)的燃燒效率和污染物的生成均與氣缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的情況緊密相關(guān)，因此幾十年來(lái)，內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程研究的相當(dāng)一部分力量集中于氣缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)方面。對(duì)于火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁怯绊懓l(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)，提高燃燒速度會(huì)明顯提高燃燒效率、降低循環(huán)變動(dòng)和抑制有害氣體的排放。湍流燃燒速度又取決于可燃混和氣的湍

20、流強(qiáng)度，在進(jìn)氣行程中，氣流通過(guò)氣門與氣門閥座的環(huán)形通道會(huì)受到明顯的剪切作用，破碎而成為很多環(huán)形渦流，增加了氣缸內(nèi)的湍流強(qiáng)度。然而，進(jìn)氣過(guò)程中產(chǎn)生的湍流由于尺度小而很快耗散，在壓縮行程末期強(qiáng)度已大為衰減，對(duì)于增加湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖饔靡咽钟邢?。因此，許多汽油機(jī)都通過(guò)組織適度的進(jìn)氣渦流和擠流來(lái)提高壓縮末期的湍流強(qiáng)度，促進(jìn)第一章緒論燃燒過(guò)程的改善。對(duì)于四氣門汽油機(jī)，采用屋頂形燃燒室，兩個(gè)進(jìn)氣門對(duì)稱布置于屋頂?shù)囊粋?cè)，氣缸內(nèi)很容易形成滾流。而滾流作為大尺度渦可以有效地承載進(jìn)氣行程缸內(nèi)氣流得到的動(dòng)能，并在壓縮行程后期破碎成小渦，將平均流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為湍能，使壓縮末期的湍流強(qiáng)度大大提高，達(dá)到改善燃燒的目的【

21、。內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的研究方法傳統(tǒng)測(cè)量氣體流速的手段主要有熱線風(fēng)速儀法（）和激光多普勒測(cè)速法（），它們都只能測(cè)量氣體在一個(gè)方向的速度，大大限制了研究的深度。隨著科技的發(fā)展，年代末由固體力學(xué)散斑法發(fā)展起來(lái)的粒子圖象測(cè)速（）技術(shù)，突破傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量的限制，可瞬時(shí)無(wú)接觸測(cè)量流場(chǎng)中一個(gè)截面上的二維速度分布，且具有較高的測(cè)量精度。其測(cè)試方法為在流場(chǎng)中布撒示蹤粒子，并用脈沖激光片光光源入射到所測(cè)流場(chǎng)區(qū)域中，通過(guò)連續(xù)兩次或多次曝光，粒子的圖象被記錄在底片上或相機(jī)上。采用光學(xué)楊氏條紋法、自相關(guān)法或互相關(guān)法，逐點(diǎn)處理底片或相機(jī)記錄的圖象，獲得流場(chǎng)速度分布。如果流場(chǎng)中的粒子濃度很稀，在確定粒子位移時(shí)常常采用單個(gè)粒子

22、的識(shí)別和跟蹤的方法，一個(gè)一個(gè)確定該粒子的速度。不同于當(dāng)前公認(rèn)方法，稱為粒子跟蹤測(cè)試技術(shù)（，簡(jiǎn)稱），但也統(tǒng)稱為?，F(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于各種流動(dòng)的測(cè)量，從定常流動(dòng)到非定常流動(dòng)、低速流動(dòng)到高速流動(dòng)、單相流動(dòng)到多相流動(dòng)等。它與熱線風(fēng)速儀、激光測(cè)速儀等相比具有如下顯著特點(diǎn)：能測(cè)量研究空間全流場(chǎng)的瞬態(tài)速度；對(duì)流場(chǎng)干擾小。在方法中，圖像處理算法是其核心之一，因此是目前理論研究中的主要方面之一，它直接決定了處理結(jié)果乃至方法的可靠性和精確度【。對(duì)流場(chǎng)信息進(jìn)行不同的處理便可以得到豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如瞬時(shí)速度的梯度和渦流的變形率等，此外用測(cè)試系統(tǒng)還可以對(duì)湍流速度按頻率進(jìn)行分解，得到不同因素影響下的湍流速度。利用多幅圖像不僅

23、可以獲得流場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，而且可獲得流場(chǎng)中流速的空間分布，這一優(yōu)點(diǎn)在研究湍流、渦流等空間非穩(wěn)態(tài)的流場(chǎng)時(shí)顯得更為突出。第一章緒論內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴霧的研究方法目前，霧化特性和液滴尺寸分布的測(cè)量方法是多種多樣的，從先前的二維光學(xué)測(cè)量發(fā)展到了當(dāng)前能反映噴霧場(chǎng)三維時(shí)空動(dòng)態(tài)特性的激光測(cè)試技術(shù)階段。如適用于測(cè)量噴霧速度的激光多普勒測(cè)速儀（）。粒子圖象速度場(chǎng)儀（），顯示油束內(nèi)部結(jié)構(gòu)的激光層析攝影法（）及三木英雄等人的直接顯微攝像法（）以及應(yīng)用較為廣泛的激光全息、激光散射方法、激光誘導(dǎo)熒光法等。本課題研究?jī)?nèi)容及意義研究不同氣門控制模式下缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)無(wú)節(jié)氣門負(fù)荷控制均勻混合直噴發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃油霧化及混合的影響規(guī)律

24、，通過(guò)對(duì)不同氣門控制模式和噴油策略對(duì)燃油空間分布的影響規(guī)律的認(rèn)知，優(yōu)化直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的噴霧和混合氣形成過(guò)程。擬采用的研究方案為：（）光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)由電機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速為，分別采用四種進(jìn)氣凸輪軸，最大升程分別為、和，采用粒子圖像測(cè)速（）技術(shù)，研究了缸內(nèi)氣體流動(dòng)特性以及其對(duì)燃油霧化和混合的影響。（）通過(guò)改變噴油正時(shí)和噴油參數(shù)研究其對(duì)缸內(nèi)燃油霧化混合的具體影響。把均勻混合直噴汽油機(jī)技術(shù)和可變氣門驅(qū)動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，利用可變氣門驅(qū)動(dòng)技術(shù)減小部分負(fù)荷下泵吸損失，燃油缸內(nèi)直噴能明顯改善冷啟動(dòng)時(shí)污染物的排放，同時(shí)又能增大爆震極限，增加壓縮比，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，所有工況都采用化學(xué)計(jì)量當(dāng)量比燃燒，所以不用采用價(jià)格昂貴的稀燃

25、三效催化轉(zhuǎn)化器和低硫汽油，傳統(tǒng)成熟的三效催化器得以保留。這種組合是以后發(fā)展高效清潔汽油機(jī)的重要方向之一。本研究對(duì)于認(rèn)知不同氣門控制模式下當(dāng)量比燃燒汽油機(jī)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣流動(dòng)對(duì)噴霧過(guò)程和混合氣形成過(guò)程影響的規(guī)律具有重要的科學(xué)意義。同時(shí)為高效清潔的當(dāng)量比燃燒汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和實(shí)施方案。第二章試驗(yàn)系統(tǒng)的建立將粒子圖像測(cè)速（）技術(shù)應(yīng)用于缸內(nèi)直噴光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)中，研究直噴汽油機(jī)缸內(nèi)空氣流動(dòng)和燃油噴射過(guò)程及霧化混合過(guò)程。粒子圖像測(cè)速（）系統(tǒng)粒子圖像測(cè)速（）原理是一種瞬態(tài)流動(dòng)平面二維速度場(chǎng)測(cè)試技術(shù)，其基本原理是：由已知時(shí)間間隔內(nèi)流場(chǎng)中微小區(qū)域的位移計(jì)算出速度矢量。雙脈沖激光器發(fā)出時(shí)間間隔為出的激

26、光脈沖通過(guò)一系列光學(xué)透鏡形成激光片光源，照亮所要研究的區(qū)域。待測(cè)區(qū)域中已分布有適宜的示蹤粒子，激光照射到粒子上，粒子便會(huì)散射或反射激光，同時(shí)與待測(cè)區(qū)域垂直的拍攝相機(jī)，將拍攝到兩次激光脈沖所形成的待測(cè)區(qū)域流場(chǎng)圖。其中第一個(gè)脈沖將這些粒子初始位置的影像記錄在相機(jī)的第一幀上，第二次激光脈沖的光將相機(jī)的第二幀曝光。于是得到兩幅影像，第一幅顯示了粒子的初始位置，第二幅則是它們跟隨流場(chǎng)移動(dòng)的終了位置。兩次曝光的粒子影像也可以記錄在同一張底片上，如圖所示。由于互相關(guān)能自動(dòng)判別粒子速度方向，并且信噪比和準(zhǔn)確度都高與自相關(guān)，所以我們采用互相關(guān)的方法將兩次曝光的粒子圖像記錄在同一張底片上，來(lái)描述粒子的真實(shí)速度。后

27、，粒子的第二悃幽像粒二于圖原理示意圖粒子速度矢量計(jì)算公式：些：其中，和為流場(chǎng)中粒子實(shí)際位移，單位：；為激光片時(shí)間間隔，單位：；、為和方向的速度，單位：。粒子圖像測(cè)速（）系統(tǒng)組成測(cè)量系統(tǒng)主要四部分組成：激光器（光源）、相機(jī)、示蹤粒子和圖像處理系統(tǒng)。激光器在測(cè)量中，常常使用倍頻的：激光器作為光源。有兩種：激光器用于試驗(yàn)。較為簡(jiǎn)單的一種是單諧振腔可發(fā)出雙脈沖的：激光器。這種激光器的原理是一次泵浦產(chǎn)生的能量通過(guò)調(diào)開(kāi)關(guān)分給兩個(gè)脈沖。然而這樣使每個(gè)脈沖的能量比單脈沖模式下脈沖的能量減少許多。脈沖的間隔通常被限制在。脈沖的能量和脈寬會(huì)隨脈沖間隔改變，這會(huì)導(dǎo)致粒子影像的不均勻強(qiáng)度，同時(shí)也需要記錄介質(zhì)動(dòng)態(tài)范圍的

28、配合。目前傾向于使用具有雙振蕩器、雙放大器的倍頻：激光器。每臺(tái)振蕩器和放大器都可以被分別觸發(fā)，因此可以無(wú)限小地控制激光脈沖間隔及單獨(dú)控制單個(gè)脈沖的能量。在本次試驗(yàn)中選用的是公司的雙諧振式：觚激光器，采用觸發(fā)，輸出激光波長(zhǎng)為，工作頻率為，每個(gè)脈沖能量為，光脈沖寬度為。相機(jī)在測(cè)速技術(shù)中，根據(jù)流場(chǎng)記錄的媒介不同可大致分為兩大類，一類是將流場(chǎng)片光源截面上示蹤粒子的兩次或多次曝光記錄在同一感光膠片上，獲得底片，然后采用楊氏條紋法或相關(guān)法等逐點(diǎn)判讀底片；另一類是采用攝像機(jī)直接將片光源截面的流場(chǎng)圖像攝入到計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，然后通過(guò)相應(yīng)的圖像處理方法測(cè)量速度分布。由于不需要濕處理，且可以在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)快速獲取測(cè)

29、量結(jié)果，因此，采用數(shù)字式相機(jī)直接記錄流場(chǎng)的方式近幾年已被越來(lái)越多地采用【。本次試驗(yàn)選用相機(jī)，分辨率為×像素，鏡頭為，分辨率為×像素，像素尺寸×，有效區(qū)域?yàn)?，兩幅最小時(shí)間間隔為，以級(jí)灰度方式識(shí)別示蹤粒子，采集頻率為。示蹤粒子第二章試驗(yàn)系統(tǒng)的建立在測(cè)量中，需要添加一定數(shù)量的足夠小的粒子，讓這些粒子跟隨流體運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬整個(gè)流場(chǎng)的情況，同時(shí)通過(guò)激光照射流體，流體中的粒子在強(qiáng)光照射下發(fā)生散射，我們?cè)O(shè)法得到這些散射光并對(duì)其分析就可以得到流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)情況。因此，示蹤粒子的添加是技術(shù)中非常重要的一環(huán)。在以氣體流動(dòng)為主的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，示蹤粒子的作用更顯得尤為重要，一般而言，測(cè)量對(duì)示蹤粒

30、子的要求可歸納為以下幾點(diǎn)：跟隨性：太大：不能跟隨；太?。阂资芨蓴_散射性：粒子的大小、形狀、位置、折射率比、角度濃度：太濃：散斑出現(xiàn)；太?。簾o(wú)統(tǒng)計(jì)意義（查詢區(qū)）在本次試驗(yàn)中，選用的是示蹤粒子試劑為癸二酸二異辛酯（），顏色透明，不會(huì)黏附石英缸套壁面，而且還可以在缸內(nèi)起到良好的潤(rùn)滑作用。粒子發(fā)生裝置為液態(tài)氣霧劑示蹤粒子發(fā)生器，其進(jìn)氣管與空氣壓縮機(jī)相連，通過(guò)調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的壓力，可以讓噴嘴出口處產(chǎn)生音速氣流。由于氣流的剪切力會(huì)產(chǎn)生液態(tài)小顆粒，并被包圍在氣泡里，隨著氣泡的上浮一起溢出，比較大的氣泡會(huì)被容器頂部的金屬板阻隔住，只有小氣泡能通過(guò)。顆粒的平均直徑主要取決于所要霧化的液體，與噴嘴處的壓力關(guān)系不大

31、。所以一般霧化壓力為，粒子直徑為左右。直噴試驗(yàn)時(shí)，燃油液滴的直徑隨著噴油壓力的提高而降低，一般液滴的直徑為擾，能夠滿足試驗(yàn)中對(duì)示蹤粒子的要求，所以試驗(yàn)中直接采用汽油液滴作為示蹤粒子進(jìn)行燃油液滴速度場(chǎng)的測(cè)量。圖像處理本試驗(yàn)采用的圖像處理軟件為公司的分析處理軟件為，首先將獲得的流場(chǎng)原始圖像進(jìn)行高通濾波，去除背景噪聲，如圖所示。之后采用互相關(guān)圖像分析法通過(guò)分析兩幅圖像之間的空間相關(guān)關(guān)系來(lái)獲得流場(chǎng)流速的分布。其分析思想源于像平面分析方法，即用數(shù)字方法將整幅粒子圖像分成若干個(gè)查詢區(qū)，逐個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析，所獲得的速度矢量代表的是個(gè)查詢區(qū)域內(nèi)粒子的平均速度。所謂查詢區(qū)域就是指在圖像中開(kāi)一個(gè)小窗口（一般大小為&

32、#215;，為像素），并且認(rèn)為在該窗口多對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)內(nèi)所有示蹤粒子的速度是相同的，這樣也就認(rèn)為該窗口內(nèi)同一示蹤粒子像之間的位移是相同的【。查詢區(qū)域的選擇要根據(jù)所拍攝的流場(chǎng)范圍大小和示蹤粒子的密度來(lái)定，為保證所描述的速度場(chǎng)矢量分布有足夠的分辨率，在診斷過(guò)程中使相鄰查詢區(qū)域之間第二章試驗(yàn)系統(tǒng)的建立相互重疊，查詢區(qū)域在遍歷整個(gè)圖像過(guò)程中，移動(dòng)步長(zhǎng)為。本次試驗(yàn)選取查詢區(qū)域?yàn)?#215;，查詢區(qū)重疊率為。濾波前光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)圈圖像濾波前后對(duì)比）塘渡后本試驗(yàn)中采用的原型機(jī)是山東摩托車總廠引進(jìn)的意大利單缸型汽油機(jī)原機(jī)的基奉技術(shù)參數(shù)為表所示。發(fā)動(dòng)機(jī)由一臺(tái)功率為的六級(jí)電動(dòng)機(jī)倒拖運(yùn)行，最高轉(zhuǎn)速為，通過(guò)對(duì)變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)

33、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。表二主要結(jié)構(gòu)參數(shù)機(jī)型類型風(fēng)冷、四沖程每缸氣門數(shù)四氣門（二進(jìn)二排）缸數(shù)單缸燃燒室屋頂型火花塞位置中心布置凸輪軸位置頂置單凸輪軸壓縮比進(jìn)氣道形狀連體切向缸徑?jīng)_程×氣門最大升程（）進(jìn)氣門開(kāi)：關(guān)：。配氣相位（。）捧氣門開(kāi)：。關(guān)：。第二章試驗(yàn)系統(tǒng)的建立發(fā)動(dòng)機(jī)可視化改造和優(yōu)化在樣機(jī)的改造過(guò)程中，為了避免破壞原機(jī)和保證試驗(yàn)光路通過(guò)的需要，在原機(jī)缸體和缸蓋之間安裝了一段加長(zhǎng)缸體，并相應(yīng)加長(zhǎng)了活塞。如圖所示。具體的改造如下：（）石英缸套：外圓直徑為，內(nèi)圓直徑為，缸套高度為，裝配時(shí)上下端面有兩個(gè)聚四氟乙烯墊片。（）石英缸套底座：灰口鑄鐵件，外徑為，內(nèi)徑為，總高為，上有凹槽用以固定石英缸套，下

34、有凸臺(tái)用以與加長(zhǎng)缸體過(guò)盈配合。石英缸套圖光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)加長(zhǎng)缸體和活塞結(jié)構(gòu)示意圖（）加長(zhǎng)缸體：內(nèi)徑為，高為，底部打有相應(yīng)的四個(gè)孔與原缸體螺栓緊固。在其下部開(kāi)設(shè)了安裝平面反射鏡的開(kāi)口，此平面鏡將呈。斜放安裝于加長(zhǎng)活塞和加長(zhǎng)缸體的底部。平面鏡是鍍鋁膜的全反射鏡，以增強(qiáng)對(duì)所使用激光束的反射能力，用于缸內(nèi)橫截面的拍攝。缸體內(nèi)鑄有水道可以水冷。（）加長(zhǎng)活塞：活塞的材料選擇上，在保證其強(qiáng)度的前提下，采用了合金鋁棒盡量減輕活塞的重量?；钊麅?nèi)側(cè)設(shè)置了縱向的加強(qiáng)筋，下部?jī)蓚?cè)開(kāi)有安裝平面反射鏡的方口。在活塞頂端開(kāi)設(shè)了用來(lái)安裝石英玻璃窗的圓孔。另外在裙部放置活塞環(huán)，與原活塞環(huán)不同的是：）用兩個(gè)聚四氟乙烯環(huán)替代兩個(gè)氣環(huán)，增

35、加其氣密性；）用石墨環(huán)替代油環(huán)，為了減少對(duì)石英窗的污染，加長(zhǎng)活塞處幾乎無(wú)潤(rùn)滑油，選用石墨可發(fā)揮其自潤(rùn)滑性?？紤]到光學(xué)可視化，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，經(jīng)最終測(cè)算發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為。第二章試驗(yàn)系統(tǒng)的建立從缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)結(jié)果表明，光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)正常，系統(tǒng)密封情況良好，無(wú)漏氣。圖珥為測(cè)量測(cè)量系統(tǒng)示意圖，圖中延時(shí)脈沖觸發(fā)器（自）負(fù)責(zé)記錄曲軸位置傳舂器（）的曲軸位置信號(hào)，上裝有上位機(jī)程序，可控制脈沖觸發(fā)器發(fā)出激光器和相機(jī)的觸發(fā)信號(hào)，裝有系統(tǒng)軟件，進(jìn)行澈光器能量控制和相片的采集。滾流測(cè)量面為氣缸中心平面，渦流測(cè)量平面為觀察視窗中心橫截面即距上止點(diǎn)處，如圖所示。渦流面測(cè)量時(shí)由于視窗安裝在活塞上，觀察視窗直徑只有。圈測(cè)量

36、系統(tǒng)示意國(guó)曲刪汰一劌圖測(cè)量平面第二章試驗(yàn)系統(tǒng)的建立可變氣門升程的實(shí)現(xiàn)為了消除泵吸損失而取消了節(jié)氣門，代之以氣門升程來(lái)控制進(jìn)氣量，中低負(fù)荷時(shí)采用低氣門升程，等人研究發(fā)現(xiàn)氣門程減小后進(jìn)氣流速?gòu)淖笥业酱笥凇薄＿@樣的速度量增加會(huì)產(chǎn)生更大的剪切力，使燃燒室內(nèi)的湍流運(yùn)動(dòng)更加明顯，從而有效地改善混合氣的形成，改善燃燒。為了研究不同氣門升程下特別是低氣門升程缸內(nèi)氣體流動(dòng)的規(guī)律，以及流場(chǎng)對(duì)燃油霧化混合的影響我們參考原帆凸輪軸型線和開(kāi)啟持續(xù)期，設(shè)計(jì)并加工了不同氣門升程凸輪軸。原機(jī)進(jìn)氣輪晟人升程為，分別降為、】種情況，但保證配氣相位不變。圖為試驗(yàn)采用的氣門升程曲線。燃油供給系統(tǒng)圈試驗(yàn)采用的氣門升程曲線試驗(yàn)采用燃油供

37、給系統(tǒng)基本組成如圖所示。該系統(tǒng)中采用公司的電動(dòng)輸油泵供給低壓油，輸油采的供油壓力為，低壓限壓閥集成與泵體本身，所以不用外接限壓閥：高壓油是通過(guò)公司的高壓油泵供給，其最大供油壓力為，油泵通過(guò)滾輪式挺桂柬傳動(dòng)，并采用方形四角凸輪驅(qū)動(dòng)，每個(gè)凸輪的升程為，每次供給燃油共軌的單次體積油量較小，所以在高壓范圍內(nèi)油壓的波動(dòng)也很小。噴油壓力通過(guò)調(diào)節(jié)燃油油軌后的溢流闊來(lái)控制安裝于高壓油軌匕的壓力傳感器采集油軌內(nèi)燃油的壓力，可以對(duì)燃油共軌內(nèi)的壓力進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)“。噴油器賾油器類型圖燃油供給系統(tǒng)的基本組成壓力傳盛囂當(dāng)前直噴汽油機(jī)噴油器的類型多為漩渦噴油器和多孔噴油器。漩渦噴油器的各項(xiàng)噴油特性都優(yōu)于多孔噴油器，并且有利

38、于燃油分層形成稀薄混合氣，所以太多分層稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)都采用漩渦噴油器。但是漩渦噴油囂的構(gòu)造十分復(fù)雜，切向槽角度的設(shè)計(jì)對(duì)噴霧特性有較大的影響設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本要遠(yuǎn)高于多孔噴油器。由于本試驗(yàn)的對(duì)象為均質(zhì)捏合直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，而多孔噴油器的噴油特性完全能滿足均質(zhì)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)化學(xué)當(dāng)量比燃燒的需求，結(jié)合光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)的屋頂型燃燒室結(jié)構(gòu)，本研究采用的為公司的六孔噴油器更有利于均質(zhì)混合氣的形成。經(jīng)等人試驗(yàn)驗(yàn)證無(wú)論在中小負(fù)荷還是在高負(fù)荷，該噴油器在適宜的噴油參數(shù)下都能形成均質(zhì)混合氣，并降低了污染物的排放馴。噴油器布置前面已經(jīng)提到過(guò)，分層稀燃直噴汽油機(jī)可分為噴霧引導(dǎo)型、壁面引導(dǎo)型和氣流引導(dǎo)型三種。對(duì)這三種直噴汽油機(jī)來(lái)說(shuō)噴油器的安裝位

39、置對(duì)稀薄混合氣的形成至關(guān)重要。但目前均勻當(dāng)量比直噴汽油機(jī)混合氣形成方式的主流是噴霧引導(dǎo)方式。如圖所示，它采用噴射壓力更高的多孔噴油器，便于中心布置，可降低燃燒室設(shè)計(jì)的難度不存在像傘噴油器那樣隨著噴油背壓變化噴霧形狀大幅變化的問(wèn)題吲。所咀試驗(yàn)采用噴油器布置于燃燒室頂部。與水平面夾角為。進(jìn)氣噴油器產(chǎn)，】進(jìn)氣噴油器（）從進(jìn)非，側(cè)觀察（）從讒乇側(cè)現(xiàn)熬圖噴霧引導(dǎo)燃燒系統(tǒng)噴油系統(tǒng)與系統(tǒng)同步電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)氣系統(tǒng)接口發(fā)動(dòng)機(jī)編碼器電平轉(zhuǎn)換、一、油泵編碼器升壓模塊一電平轉(zhuǎn)顯示模塊換一、噴油電磁閥了×鍵盤。油壓測(cè)量模塊微控制器模塊電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊，雹江轉(zhuǎn)換接口油泵電磁閥供電模塊一、獨(dú)立？供電模塊圖硬件

40、設(shè)計(jì)框圖第二章試驗(yàn)系統(tǒng)的建立本系統(tǒng)有路供電：微控制器及外圍電路所需的，光電編碼器以及電平轉(zhuǎn)換電路所需的，噴油電磁閥需要的以及油泵電磁閥的。前路是共用一塊的蓄電池，經(jīng)過(guò)兩級(jí)降壓：先通過(guò)降到，然后通過(guò)降到，并經(jīng)升壓電路將升到。最后路采用另一塊蓄電池單獨(dú)供電，如此設(shè)計(jì)是為了增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)于變頻器的抗干擾能力。操作界面以及工作參數(shù)的設(shè)計(jì)顯示由鍵盤和液晶顯示模塊完成，也可通過(guò)接口連接到機(jī)實(shí)現(xiàn)。油壓測(cè)量直接采用微控制器芯片的片內(nèi)完成，精度為位，并在液晶模塊上顯示。建油壓電路主要由油泵編碼器和油泵電磁閥構(gòu)成，所使用的微控制器資源包括：外部中斷和可編程計(jì)數(shù)陣列（高速輸出模式），初值設(shè)為，時(shí)基信號(hào)取自引腳上的外部時(shí)鐘信號(hào)，即編碼器的信號(hào)，編碼器的信號(hào)輸入到外部中斷，編碼器的信號(hào)與油泵凸輪軸的凹點(diǎn)對(duì)齊，協(xié)調(diào)控制在柱塞運(yùn)行到上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉電磁閥（引腳輸出高電平，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路給電磁閥加電），將高壓燃油壓入輸出油管，然后打開(kāi)電磁閥（引腳輸出低電平，停止向電磁閥供電），柱塞下行，將低壓燃油抽入到油泵腔內(nèi)，準(zhǔn)備下一次壓縮過(guò)程。在油泵凸輪軸（桃）轉(zhuǎn)圈的過(guò)程中進(jìn)行次壓縮燃油過(guò)程，最終建立起穩(wěn)定的油壓。燃油噴射和拍攝控制電路主要由發(fā)動(dòng)機(jī)角標(biāo)器、噴油嘴電磁閥、升壓模塊以及電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成，占用的微控制器資源包括：外部中斷，定時(shí)器，