摩托车汽油机进气脉动对发动机性能的影响
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摘要
提高发动机的动力性是内燃机研究者们一直追求的目标之一，而增加进气量、改善气缸内空气运动和燃烧是提高发动机动力性的主要途径。进气管内的进气流动对缸内混合气运动和燃烧有直接的影响，进气道的结构对气缸内混合气的运动具有决定性的影响，因此掌握进气管和进气道内的气体流动特性，利用这种特性对提高发动机的动力性能具有很重要的意义。
本文通过分析进气管道内的气体流动特性，发现进气过程中由于进气门的开启和关闭，产生脉冲和谐振，利用脉冲和谐振可以有效增加进气充量，提高法动机的动力性。针对进气系统的这一特点，本文在单缸摩托车汽油机上进行了大量试验研究，实验结果表明，利用进气脉冲和谐振可以大幅度提高发动机在低速时的功率和扭矩，而且提高的情况与进气管的长度有关。
另外，本文还对加装谐振器进行了尝试性研究，发现增加谐振器对提高发动机的动力性帮助不大。
将进气脉冲的实验结果与模拟计算的结果比较，两者基本一致。
从实验过程来看，利用进气管道的结构和气流特性提高发动机的动力性还有很多工作要做，同时进气脉冲和谐振对排放特性也会有影响。
Improving engine dynamic performance is one of the targets of the internal combustion engine researchers. The ways to improving engine dynamic performance are to add gas intake and to ameliorate the air flow motion and combustion in cylinder. Flow in inlet pipe directly influences the gas motion and burning in cylinder. Configuration of inlet port has a decisive influence on the gas motion in cylinder. It is essential for improving dynamic performance of engine to master and utilize the character of flow in inlet pipe.
By analyzing the performance in inlet pipe ,we can find that pulse and resonance are produced in result of inlet valve’s open and close and gas intake and dynamic performance can be improved if pulse and resonance are efficiently utilized . Because of the find, a lot of tests are made in single-cylinder motorcycle gasoline engine. The test result shows that if pulse and resonance are efficiently used, engine power and torque can be greatly improved and they are different in different length of intake pipe.
In addition, by equipping a resonator near the cylinder top in intake port, we can find that resonator helps to improve power and torque to some extent.
Compared the computing result with the experiment, they are consistent to great extent.
本文通过分析进气管道内的气体流动特性，发现进气过程中由于进气门的开启和关闭，产生脉冲和谐振，利用脉冲和谐振可以有效增加进气充量，提高法动机的动力性。针对进气系统的这一特点，本文在单缸摩托车汽油机上进行了大量试验研究，实验结果表明，利用进气脉冲和谐振可以大幅度提高发动机在低速时的功率和扭矩，而且提高的情况与进气管的长度有关。
另外，本文还对加装谐振器进行了尝试性研究，发现增加谐振器对提高发动机的动力性帮助不大。
将进气脉冲的实验结果与模拟计算的结果比较，两者基本一致。
从实验过程来看，利用进气管道的结构和气流特性提高发动机的动力性还有很多工作要做，同时进气脉冲和谐振对排放特性也会有影响。
Improving engine dynamic performance is one of the targets of the internal combustion engine researchers. The ways to improving engine dynamic performance are to add gas intake and to ameliorate the air flow motion and combustion in cylinder. Flow in inlet pipe directly influences the gas motion and burning in cylinder. Configuration of inlet port has a decisive influence on the gas motion in cylinder. It is essential for improving dynamic performance of engine to master and utilize the character of flow in inlet pipe.
By analyzing the performance in inlet pipe ,we can find that pulse and resonance are produced in result of inlet valve’s open and close and gas intake and dynamic performance can be improved if pulse and resonance are efficiently utilized . Because of the find, a lot of tests are made in single-cylinder motorcycle gasoline engine. The test result shows that if pulse and resonance are efficiently used, engine power and torque can be greatly improved and they are different in different length of intake pipe.
In addition, by equipping a resonator near the cylinder top in intake port, we can find that resonator helps to improve power and torque to some extent.
Compared the computing result with the experiment, they are consistent to great extent.
引文
1. 史绍熙，苏万华，内燃机燃烧研究中的几个前沿问题，《内燃机学报》，1990年第8期。
蒋德明，高等内燃机原理，西安交大出版社，2002年12月
摩托车行业“十五“规划，2001年中国摩托车排放污染控制技术研讨会文集（附录）
吴建平，国外的汽车排放法规，汽车科技，2001年第1期
F.Saito,M.Misumi,K.Komatsu,et al.Mazda advanced lean burn engine with new three way catalyst ,SAE paper 945006,1994
S.Pischinger,J.B.Heywood,How heat losses to the spark plug electrodes after flame kernel development in an S.I.engine.SAE900021
AVL List Co.Ltd.Controlled Burn Rate(CBR)-A New Approach for Gasoline Engines.2000年中国国际内燃机技术展，北京，2000.10
Inoue T.,Matsushita S.,Nakanishi K.,Okano H.,Toyota lean combustion system-the third generation system.SAE Paper 930873,1993
Kreuter,Peter et al, Strategies to improve SI-engine performance by means of variable intake lift, timing and duration, SAE Paper920449, 1992
Neusser H., Spiegel L., Ganser J., Particle tracking velocimetry-a powerful tool to shape the in-cylinder flow of modern multi-valve engine concepts. SAE Paper950102,1995
Wilson N., Watkins A., Dopson C., Asymmetric valve strategies and their effect on combustion. SAE Paper 930821,1993
Stone C.,Carden T.,Podmore I.,Analysis of the Effect of inlet valve disablement on seirl,combustuon and emissions in a spark ignition engine ,Proceeding of the Institkution of Mechanical Engineers Part D:Journal of Automobile Engineering,Vol.207,PP.295-305,1993
Endres H.,Schulte H.,Krebs R.,Combustion system development trends for multi-valve gasoline engines,SAE Paper900652,1990
J.Stokes,T.H.Lake and M.J.Christle.Inproving the NOx/fuel economy trade-off for gasoline engines with CCVS combustion system.SAEpaper 940482,1994
Maekava K.,Ohsawa N., Akasaka A.,Development of a valve timing ocntrol system.SAE paper 890630,1989
Demmelbauer W.,Dachs A., Loenz H.,Variable valve actuation systems for the optimization of engine torque.SAE Paper 910447,1991
Takefumi Hosaka,et al,Development of the variable balve timing and lift(VTEC)engine for the Honda NSX,SAE paper 910008,1991
冯明志，刘书亮等，四气门火化点火式发动机缸内的空气运动，天津大学学报，2000年第3期
C.Arcoumainis,et al,Frequency Analysis of Swirl and Tumble in Motor Engines.Port D,ImechE,1991
刘书亮等，汽油机滚流模拟实验和滚流进气道的实验研究，内燃机工程，1995年第4期
刘书亮，路明，内燃机缸内滚流强度的预测， 内燃机学报，980023
C.R.Stone and N.Ladommatos,The Measurement and Analysis of Swirl in Steady Flow,SAE paper 921642
刘书亮等，汽油机气缸内滚流强度的预测，内燃机学报，1998.No.2
周龙保等，内燃机学，1995年5月
刘永长，内燃机原理，高等教育出版社，2001年6月
蒋德明，内燃机原理，中国农业出版社，1988年
蒋德明，内燃机燃烧与排放学，西安交通大学出版社，2001年7月
万欣、林大渊，内燃机设计，1989年9月第二版
史绍熙、刘书亮、李延安，发动机气缸内涡流比的预测及稳流强度变化规律的研究，内燃机学报，890028
黄宜谅，内燃机性能与测试的研究（论文集），2000年2月
John B.Heywood,Fluid Motion Within the Cylinder of Internal Combustion Engines-The 1986 Freeman Scholar Lecture
C.R.Stone and N.Ladommatos,Brunel Univ.,The Measurement and Analysis of Swirl in Steady Flow
Jeff Allen and Don Law,Lotus Engineering,Variable Valve Actuated Controlled Auto-Ignition:Speed Load Maps and Strategic Regimes of Operation
裴普成、刘书亮、范永健，多气门汽油机滚流进气道结构的研究，内燃机学报，930047
薄清荣、樊久铭、孙绍重、张辑洲，利用谐振进气改善柴油机的性能，哈尔滨工业大学学报，1998年2月
李玉峰、刘书亮等，四气门汽油机进气道和缸内空气流动的研究，内燃机学术会议，960402
蒋德明，内燃机中的气体流动，机械工业出版社，1986年12月
谢宗法，单缸柴油机进气流动的研究，山东工业大学学报，1989.No.2
张耀庆，汽油喷射对发动机的进气管和功率指标，小型内燃机，1994.No.5
程庆澜、吴小红，单缸柴油机进气管气流运动和压力波动的研究，内燃机工程，1995.No.2
关伟、袁洪印等，CA6102汽油发动机进气管的改进设计，吉林农业大学学报，1996.18
[英]R.S.本森，程宏等译，内燃机的热力学和空气动力学，机械工业出版社，1986年9月
石玉春，采用旋转式进排气阀的发动机，小型内燃机，1996.No.1
洪伟、王威等，谐振复合增压进气系统的一个简化计算方法，1998.No.1
张会明、洪家娣，改进柴油机进气系统的研究，小型内燃机，1998.No.6
吴际璋，电喷汽油机进气系统谐振效应的探讨，济南交通高等专科学校学报，1999年6月
邓康耀，涡轮增压可变谐振进气系统的试验研究，内燃机工程，1999.No.2
吴志军、孙志军等，四气门柴油机气道流动特性的试验研究，吉林工业大学学报，1999.No.1
梅德清等，四气门柴油机进气道流通特性的研究，江苏理工大学（自然科学版）学报，1999年7月
邱卓丹等，进气管结构参数对柴油机充气效率的影响，广西工学院学报，2000.No.3
方适应、邓康耀等，进排气管一维非定常流动计算方法的比较，车用发动机，2000.No.3
邓康耀等，汽油机进气结构参数对唤起过程的影响研究，内燃机工程，2000.No.4
吴志军、孙济美、黄震，进气道布置对两气门柴油机进气门口空气流动的影响，农业机械学报，2001.No.1
张翠平，495G型汽油机进排气岐管的设计，农业机械学报，2000.No.5
Jun-ichi Kawashima、Hiroshi Ogawa、Yoshiyuki Tsuru,日本，4气门高速直喷柴油机用变涡流进气道的研究，国内外内燃机，2000.No.6
杨寿藏、陈云彪，现代先进发动机技术—进排气系统（一），柴油机设计与制造，2002.No.1
杨寿藏、陈云彪，现代先进发动机技术—进排气系统（二），柴油机设计与制造，2002.No.3
纪威等，直喷式柴油机可变涡流进气系统的设计与试验研究，中国农业大学学报，2001.No.6
吴志军、黄震、孙济美，进气道布置对4气门柴油机进气门口三维流场的影响，内燃机学报，2001.No.5
吴志军、黄震、孙济美，4气门直喷式柴油机两进气道相干扰的研究，内燃机学报，2001.No.6
夏勇等，内燃机进气压力的小波分析，机械，2002.No.1
吴小红，发动机进气管中气流流速的测量，农机化研究，2002年2月
李祥兰，CF4G27降高型发动机进气歧管的设计，车用发动机，2002年2月
王志等，基于CAD/CAM/CFD的发动机气道研究，内燃机工程，2002.No.3
朱娜，管内流场的计算机仿真系统，计算机仿真，2002年5月
吴小红，发动机进气管中压力波动和气体运动的研究，农机化研究，2002年8月
文华、刘永长等，基于时空守恒方法的内燃机进排气系统一维非定常流计算模拟，2003.No.1
徐斌等，电喷发动机可变进气管的研究，内燃机学报，2003.No.2
蒋德明，高等内燃机原理，西安交大出版社，2002年12月
摩托车行业“十五“规划，2001年中国摩托车排放污染控制技术研讨会文集（附录）
吴建平，国外的汽车排放法规，汽车科技，2001年第1期
F.Saito,M.Misumi,K.Komatsu,et al.Mazda advanced lean burn engine with new three way catalyst ,SAE paper 945006,1994
S.Pischinger,J.B.Heywood,How heat losses to the spark plug electrodes after flame kernel development in an S.I.engine.SAE900021
AVL List Co.Ltd.Controlled Burn Rate(CBR)-A New Approach for Gasoline Engines.2000年中国国际内燃机技术展，北京，2000.10
Inoue T.,Matsushita S.,Nakanishi K.,Okano H.,Toyota lean combustion system-the third generation system.SAE Paper 930873,1993
Kreuter,Peter et al, Strategies to improve SI-engine performance by means of variable intake lift, timing and duration, SAE Paper920449, 1992
Neusser H., Spiegel L., Ganser J., Particle tracking velocimetry-a powerful tool to shape the in-cylinder flow of modern multi-valve engine concepts. SAE Paper950102,1995
Wilson N., Watkins A., Dopson C., Asymmetric valve strategies and their effect on combustion. SAE Paper 930821,1993
Stone C.,Carden T.,Podmore I.,Analysis of the Effect of inlet valve disablement on seirl,combustuon and emissions in a spark ignition engine ,Proceeding of the Institkution of Mechanical Engineers Part D:Journal of Automobile Engineering,Vol.207,PP.295-305,1993
Endres H.,Schulte H.,Krebs R.,Combustion system development trends for multi-valve gasoline engines,SAE Paper900652,1990
J.Stokes,T.H.Lake and M.J.Christle.Inproving the NOx/fuel economy trade-off for gasoline engines with CCVS combustion system.SAEpaper 940482,1994
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Demmelbauer W.,Dachs A., Loenz H.,Variable valve actuation systems for the optimization of engine torque.SAE Paper 910447,1991
Takefumi Hosaka,et al,Development of the variable balve timing and lift(VTEC)engine for the Honda NSX,SAE paper 910008,1991
冯明志，刘书亮等，四气门火化点火式发动机缸内的空气运动，天津大学学报，2000年第3期
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[英]R.S.本森，程宏等译，内燃机的热力学和空气动力学，机械工业出版社，1986年9月
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洪伟、王威等，谐振复合增压进气系统的一个简化计算方法，1998.No.1
张会明、洪家娣，改进柴油机进气系统的研究，小型内燃机，1998.No.6
吴际璋，电喷汽油机进气系统谐振效应的探讨，济南交通高等专科学校学报，1999年6月
邓康耀，涡轮增压可变谐振进气系统的试验研究，内燃机工程，1999.No.2
吴志军、孙志军等，四气门柴油机气道流动特性的试验研究，吉林工业大学学报，1999.No.1
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邱卓丹等，进气管结构参数对柴油机充气效率的影响，广西工学院学报，2000.No.3
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Jun-ichi Kawashima、Hiroshi Ogawa、Yoshiyuki Tsuru,日本，4气门高速直喷柴油机用变涡流进气道的研究，国内外内燃机，2000.No.6
杨寿藏、陈云彪，现代先进发动机技术—进排气系统（一），柴油机设计与制造，2002.No.1
杨寿藏、陈云彪，现代先进发动机技术—进排气系统（二），柴油机设计与制造，2002.No.3
纪威等，直喷式柴油机可变涡流进气系统的设计与试验研究，中国农业大学学报，2001.No.6
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吴小红，发动机进气管中压力波动和气体运动的研究，农机化研究，2002年8月
文华、刘永长等，基于时空守恒方法的内燃机进排气系统一维非定常流计算模拟，2003.No.1
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