基于CFD對1E40F型二沖程發(fā)動機掃氣過程數值模擬及排放控制研究.pdf

1、二沖程汽油機具有動力性好、體積小、重量輕、振動噪音小、起動容易和造價低廉等優(yōu)點，在摩托車、賽艇及園林機械等動力系統(tǒng)中多有較廣泛應用。二沖程汽油機的掃氣過程在很大程度上影響缸內新鮮工質的充量、氣流狀況及污染物排放，進而影響動力性、燃油經濟性和排放等性能指標。本文針對某1E40F型二沖程汽油發(fā)動機，進行掃氣過程的建模仿真與實驗研究，在綜合分析研究的基礎上，取得較為合理的二沖程汽油機掃氣系統(tǒng)結構參數，為開展二沖程汽油機低排放工作打下較好應用基

2、礎。開展的主要研究工作有:
　　1對原機進行臺架試驗，得到原掃氣參數下的二沖程汽油機的動力性參數與排放特性，分析過量空氣系數對排放的影響，并對氣口參數依據系數計算法進行優(yōu)化;
　　2利用三維建模軟件CATIA對原型機內流場進行參數化建模（氣口參數參考理論優(yōu)化之后）。首先針對掃氣口仰角，分別建立0°模型、8°模型和15°模型;其次針對活塞頂形狀，分別建立圓形凸頂模型和凹坑階梯模型;其三針對主掃氣道的結構建立半封閉掃氣道模型;最

3、后針對主掃氣道掃氣口仰角，建立20°模型。使用ICEM CFD對各模型分別進行網格劃分和初步進行邊界處理。
　　3應用計算流體力學(CFD)方法，即利用CFD軟件Fluent，設置相同的邊界條件和初始條件，對上述建立的模型的掃氣過程分別進行數值模擬，得到內流場壓力圖、溫度圖、速度矢量圖以及掃排氣口質量流量等結論。分析各參數模型通過仿真得出的結論，為取得較為合理的內流場結構提供意見。此外，本文還對空間分層掃氣方案做了數值模擬。

4、>　　通過試驗分析發(fā)現(xiàn)，對于1E40F二沖程發(fā)動機而言，在較高轉速下（大于4500r/min）運行，其油耗相對于低轉速運行時較低。發(fā)動機負荷在0.2Mpa～0.3Mpa時，發(fā)動機NOx、CO、CH污染物排放指標較合理;通過流體模擬分析得出，在高轉速下，適當增加發(fā)動機掃氣口仰角、改變發(fā)動機活塞頂形狀為凹坑階梯形、改發(fā)動機掃氣道為半封閉式掃氣道以及適當增加主掃氣道仰角，對發(fā)動機缸內氣流組織、進排氣狀況有很大影響。掃氣口仰角為8°時，相對于其

5、它角度對廢氣的掃動和排出較為有利;當活塞頂改為凹坑階梯型時，在掃氣初期，對缸內左上角的掃氣不夠充分，到掃氣中后期，改進模型的掃氣流動組織的更為合理，近壁面氣體流動加快，加強了掃氣效果;在對主掃氣道進行半封閉處理后，副掃氣道寬度比例較大的模型計算結果顯示，在中間面上的排氣口處速度矢量明顯減少，意味著新鮮混合氣的短路損失減少很多;在對主掃氣道仰角進行單獨改變后發(fā)現(xiàn)后期的掃氣效果優(yōu)于原機，但前期短路損失較嚴重;分層掃氣數值模擬結果顯示，新鮮混