直噴汽油機缸內(nèi)混合氣形成及燃油撞壁過程的模擬研究.pdf

1、相對于進氣道噴射的汽油機，缸內(nèi)直噴汽油機在燃油經(jīng)濟性、動力性及冷啟動等多個方面具有明顯的優(yōu)勢，是汽油機發(fā)展的重要方向。然而由于燃油直接在缸內(nèi)噴射，混合氣形成時間短，并且不可避免的發(fā)生燃油撞壁現(xiàn)象，從而導致顆粒物和碳氫化合物排放的增加。通過噴霧和缸內(nèi)流場的合理匹配與優(yōu)化可以改善缸內(nèi)混合氣分布均勻性，并大大減少燃油撞壁量。
　　本文應用噴霧圖像測試設備和噴霧粒徑測試設備對一款六孔噴油器的噴霧貫穿距、噴霧錐角和噴霧粒徑分布進行測試，獲得

2、全面的實驗數(shù)據(jù)，并利用實驗數(shù)據(jù)對噴霧模型進行標定。然后應用AVL-Fire軟件對缸內(nèi)噴霧過程進行模擬，研究了不同噴油角度、噴油時刻、二次噴射和噴油器孔數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)對混合氣形成及燃油撞壁過程的影響。最后應用UG軟件在原發(fā)動機進氣道幾何模型基礎上設計了一款高滾流比進氣道，并研究了滾流比對缸內(nèi)速度場、湍動能、混合氣分布和燃油撞壁的影響。
　　本文研究結(jié)果表明，噴油角度為33°時較多的燃油噴射到氣缸下部，并在下部聚集，不利于形成均質(zhì)混合氣

3、。噴油角度為23°時，噴射的燃油在缸內(nèi)分布更合理，有利于缸內(nèi)混合氣的形成。單次噴射時，噴油時刻越早，越有利于混合氣形成，但同時活塞與噴油器距離縮短，導致燃油撞壁量增多。隨著噴油時刻推遲燃油撞壁量減少，但是在點火時刻，噴油器下方出現(xiàn)濃混合氣聚集現(xiàn)象，缸內(nèi)混合氣分布均勻性惡化。采用二次噴射可有效改善上述情況。第二次噴油結(jié)束時刻或兩次噴射的燃油質(zhì)量比例不同時，所產(chǎn)生的效果不同。第二次噴油越晚或者第二次噴油量越多，燃油撞壁量會減少，但是在點火時

4、刻，排氣側(cè)會出現(xiàn)濃混合氣聚集現(xiàn)象，導致缸內(nèi)混合氣分布均勻性較差。七孔噴油器由于其噴霧錐角大，噴霧貫穿距小，同時改善了缸內(nèi)混合氣分布和燃油撞壁情況。
　　滾流比較高時，缸內(nèi)氣流運動及湍動能更強，并且高湍動能區(qū)域更加靠近燃燒室中心，這有利于提高火焰的傳播速度，降低爆燃傾向，提高燃燒穩(wěn)定性。同時高滾流比能夠改善缸內(nèi)混合氣分布均勻性，減少燃油撞壁量，并能加快壁面油膜的蒸發(fā)速度，使點火時刻缸內(nèi)混合氣分布更加均勻，壁面油膜的質(zhì)量、厚度和面積都