基于多重約束條件復雜曲面內燃機切向氣道參數化研究.pdf

1、氣道性能的優(yōu)劣，直接影響著內燃機缸內氣體的流動和燃燒狀況，進而影響內燃機的動力性、經濟性和排放特性。內燃機氣道，受氣體流動特性、空間結構、鑄造及加工工藝等多重約束條件限制，具有復雜的空間曲面結構，有關內燃機氣道的設計及性能的評價一直是內燃機研究開發(fā)的重點之一。鑒于此，本課題圍繞內燃機氣道開展了穩(wěn)態(tài)流動特性的評價方法、氣道參數化設計及氣道敏感性分析等系列研究。
　　針對國內外現有的氣道穩(wěn)流評價方法不合理假設過多，不能對內燃機瞬態(tài)工況

2、下充氣效率、渦/滾流比等進行預測難題，根據理論分析，提出了一種基于氣道穩(wěn)流試驗結果進行瞬態(tài)氣道性能預測的方法，該方法充分考慮了內燃機瞬態(tài)工況下缸內壓力變化、氣體流動狀態(tài)、充氣效率、渦流和滾流的演變規(guī)律、殘余廢氣、壓縮比等因素，摒棄了傳統(tǒng)評價方法中缸內壓力恒定、充氣效率為100％、氣體不可壓縮等不合理假設條件，建立了內燃機氣道穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況的對應關系，首次實現了內燃機不同轉速下充氣效率以及渦/滾流比的準確預測，該模型在某柴油機上進行了

3、試驗驗證，結果表明：采用該評價方法預測的內燃機充氣效率與試驗值一致，實驗值與預測值的偏差小于4%。
　　開展了切向氣道的全參數化設計研究。針對切向氣道，提出并定義了18個氣道參數，同時對三維軟件Pro/E進行了二次開發(fā)，構建了基于這些參數的氣道生成系統(tǒng)，僅通過所定義的18個氣道參數的輸入，實現了切向氣道的全參數化設計。在此基礎上，采用氣道穩(wěn)流試驗模擬方法，分別研究了Av、Ab、Hv、Ah、Ar、Ac等關鍵氣道性能參數對氣道性能的影

4、響規(guī)律，研究表明：氣道的流通截面與進出口壁面對氣流的導向作用對氣道的穩(wěn)態(tài)流動特性有決定性的影響。在保持一定流通截面的基礎上，性能參數對氣道的流通能力影響較小，對渦/滾流比有較大的影響。其中，對于柴油機切向氣道，進氣道出口壁面對氣流的垂直導向作用使渦流比的變化幅度達到20%，進氣道出口壁面對氣流的水平導向作用使渦流比的變化幅度達到15%；對于汽油機切向氣道，進氣道入口壁面對氣流導向作用使?jié)L流比的變化幅度達到4%，進氣道出口壁面對氣流導向作

5、用使?jié)L流比的變化幅度達到10%。
　　為了對氣道的參數進行優(yōu)化，基于關鍵氣道參數構建了人工神經網絡預測模型，結合遺傳算法，以內燃機氣道性能系數為目標函數，對氣道的參數優(yōu)化進行了系統(tǒng)研究。研究表明：采用人工神經網絡預測的氣道性能與數值模擬結果具有較好的一致性，其中流量系數的偏差小于1%，渦/滾流強度的偏差小于1.5%。該優(yōu)化方法在某汽油機氣道上進行了數值模擬驗證，優(yōu)化結果顯示，該汽油機氣道最大氣門升程下的流量系數在保持不變的基礎上，

6、滾流強度提高了6.12%。通過遺傳算法在氣道設計中應用，實現了對切向氣道性能參數的優(yōu)化調整，從而突破了傳統(tǒng)基于經驗和數據庫進行氣道開發(fā)的局限性，實現了進氣量和氣流運動形式彼此制約下氣道性能的最優(yōu)化。
　　氣道設計及優(yōu)化完成之后，針對缸蓋在生產過程中由于鑄造及加工偏差引起的氣道結構變形，可能會導致氣道性能的突變，使內燃機機整體性能下降的現象，對某柴油機切向氣道開展了敏感性研究，系統(tǒng)的分析了傾斜、偏心以及脹大三種主要缺陷對氣道性能的影