噴油策略和活塞形狀對(duì)直噴汽油機(jī)性能影響的數(shù)值研究.pdf

1、作為改善汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性等性能的重要技術(shù)手段,汽油缸內(nèi)直噴(gasoline direct injection,GDI)已經(jīng)成為未來(lái)轎車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的重要發(fā)展方向。通過(guò)與廢氣再循環(huán)、增壓及可變氣門(mén)正時(shí)等技術(shù)的結(jié)合,GDI技術(shù)有了更廣闊的應(yīng)用空間。精確控制氣缸內(nèi)的油氣混合過(guò)程,保證點(diǎn)火時(shí)刻在火花塞附近形成穩(wěn)定可靠的可燃混合氣是GDI技術(shù)的關(guān)鍵,需要對(duì)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、燃燒室形狀、噴油時(shí)刻、噴霧特性和點(diǎn)火時(shí)刻等因素進(jìn)行精確控制和匹配。<

2、br>　　本文借助AVL-FIRE軟件對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在額定工況下的進(jìn)氣、壓縮、混合氣形成和燃燒等過(guò)程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,為改善GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放性能提供依據(jù)。
　　首先利用控制變量法分析了不同噴油策略(噴油比例和噴油時(shí)刻)對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響,數(shù)據(jù)表明,噴油比例和噴油定時(shí)均對(duì)油氣混合和燃燒及排放性能有重要影響。當(dāng)采用噴油比例為25-75、第二次噴油時(shí)刻為635oCA時(shí)混合氣質(zhì)量較好,燃燒效果較佳,且油膜產(chǎn)生量較少,主要污

3、染物的排放較少,因此,將它選定為本研究的噴油方案。
　　接著研究了活塞形狀對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響。構(gòu)建了4種不同類(lèi)型的活塞,模擬并分析了它們各自混合氣形成的特點(diǎn)和對(duì)燃燒及排放性能的影響,數(shù)據(jù)表明:活塞形狀對(duì)進(jìn)氣量影響不大;對(duì)于采用正滾流和使用多孔高壓噴油器的GDI發(fā)動(dòng)機(jī),“平頂+凹坑”的活塞頂設(shè)計(jì)相比于其他形狀存在明顯優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)在:有利于加強(qiáng)缸內(nèi)湍流,促進(jìn)燃油的蒸發(fā),減少活塞的燃油濕壁量,但較強(qiáng)的滾流可能增加氣缸壁的濕壁量;

4、有助于在點(diǎn)火時(shí)刻在火花塞附近形成優(yōu)良的混合氣分布,且具有穩(wěn)定性和可復(fù)現(xiàn)性的優(yōu)點(diǎn);有利于點(diǎn)火后火焰的傳播和快速放熱,缸內(nèi)溫度和壓力上升迅速;有利于提高燃料的利用率,累計(jì)放熱量較高,溫度和壓力的峰值也較高,會(huì)加劇NOx的生成,但有利于碳煙的后期氧化,從而降低碳煙排放。
　　在確定了活塞“平頂+凹坑”的方案后,又對(duì)凹坑的深度和寬度進(jìn)行了優(yōu)化,性能得到進(jìn)一步提升。利用優(yōu)化后的模型對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻敏感性進(jìn)行了研究,數(shù)據(jù)表明,過(guò)早和過(guò)晚的點(diǎn)火都對(duì)發(fā)