设计一种直喷式四冲程CAE,利用GT-Power软件建立CAE仿真模型,搭建供气试验平台调试出最优供气系统,搭建试验台架进行整机试验,试验验证了CAE的运转可行性。利用MATLAB软件对比分析仿真与试验结果,得到不同充气压力下的缸压曲线图,验证了仿真模型的正确性;得到了CAE输出参数(输出扭矩、输出功率、排气压力和排气温度)和CAE输入参数(充气持续角、充气提前角和发动机转速)之间的关系,并找到最佳充气提前角为-70°CA,这些结论在新能源汽车研究领域具有一定的意义。

四冲程气动发动机(Four-Stroke Compressed Air Engine;F-s CAE)气缸内气体状态的变化规律直接影响其动态特性,文中首先阐述了F-s CAE的工作原理,并运用工程热力学理论建立了F-s CAE工作过程的数学模型。以F-s CAE的气缸为研究对象,基于Fluent分别建立了其物理模型和动网格模型,对气缸内流场进行了动态数值模拟,得到了缸内流域的压力场和温度场的动态变化。为验证计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真方法的正确性,将CFD仿真结果与理论数值分析结果进行对比。研究结果表明,运用CFD仿真方法来研究F-s CAE气缸内的流场特性是可靠且可行的,能较准确的反映其工作特性,为F-s CAE的研发标定和进一步的优化设计提供理论支撑。