噴油策略和活塞形狀對直噴汽油機性能影響的數(shù)值研究.pdf

1、作為改善汽油機經(jīng)濟性、動力性和排放性等性能的重要技術手段,汽油缸內直噴(gasoline direct injection,GDI)已經(jīng)成為未來轎車用發(fā)動機的重要發(fā)展方向。通過與廢氣再循環(huán)、增壓及可變氣門正時等技術的結合,GDI技術有了更廣闊的應用空間。精確控制氣缸內的油氣混合過程,保證點火時刻在火花塞附近形成穩(wěn)定可靠的可燃混合氣是GDI技術的關鍵,需要對缸內氣流運動、燃燒室形狀、噴油時刻、噴霧特性和點火時刻等因素進行精確控制和匹配。<

2、br>　　本文借助AVL-FIRE軟件對GDI發(fā)動機在額定工況下的進氣、壓縮、混合氣形成和燃燒等過程進行了三維數(shù)值模擬,為改善GDI發(fā)動機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(噴油比例和噴油時刻)對GDI發(fā)動機性能的影響,數(shù)據(jù)表明,噴油比例和噴油定時均對油氣混合和燃燒及排放性能有重要影響。當采用噴油比例為25-75、第二次噴油時刻為635oCA時混合氣質量較好,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GDI發(fā)動機工作的影響。構建了4種不同類型的活塞,模擬并分析了它們各自混合氣形成的特點和對燃燒及排放性能的影響,數(shù)據(jù)表明:活塞形狀對進氣量影響不大;對于采用正滾流和使用多孔高壓噴油器的GDI發(fā)動機,“平頂+凹坑”的活塞頂設計相比于其他形狀存在明顯優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在:有利于加強缸內湍流,促進燃油的蒸發(fā),減少活塞的燃油濕壁量,但較強的滾流可能增加氣缸壁的濕壁量;

4、有助于在點火時刻在火花塞附近形成優(yōu)良的混合氣分布,且具有穩(wěn)定性和可復現(xiàn)性的優(yōu)點;有利于點火后火焰的傳播和快速放熱,缸內溫度和壓力上升迅速;有利于提高燃料的利用率,累計放熱量較高,溫度和壓力的峰值也較高,會加劇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,又對凹坑的深度和寬度進行了優(yōu)化,性能得到進一步提升。利用優(yōu)化后的模型對點火時刻敏感性進行了研究,數(shù)據(jù)表明,過早和過晚的點火都對發(fā)