基于可變氣門機(jī)構(gòu)的HCCI汽油機(jī)缸內(nèi)流場和物質(zhì)分布特性的仿真研究.pdf

1、均質(zhì)充量壓縮著火(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)燃燒作為一種高效、低溫、低排放的新型燃燒方式,受到了內(nèi)燃機(jī)研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。HCCI燃燒主要受到化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的控制,而發(fā)動機(jī)缸內(nèi)流場特征的變化會影響缸內(nèi)不同區(qū)域間溫度以及組分的傳遞,進(jìn)而對燃燒過程產(chǎn)生影響。在裝有全可變氣門機(jī)構(gòu)的HCCI汽油機(jī)上,排氣門參數(shù)決定缸內(nèi)殘余廢氣率,控制混合氣特性和壓縮初始溫度；而進(jìn)氣門定時和升程可以

2、調(diào)節(jié)進(jìn)氣中缸內(nèi)流場特性及新鮮氣和缸內(nèi)殘余廢氣的摻混過程。同時有效壓縮比和進(jìn)氣回流的變化也可以改變壓縮過程中混合氣的溫度歷程。這樣就可以改變缸內(nèi)溫度及物質(zhì)組分的分層分布,進(jìn)而達(dá)到控制及優(yōu)化燃燒過程的目的。
　　 本文針對使用缸內(nèi)不均勻分布控制HCCI燃燒的問題,通過三維數(shù)值模擬方法,研究了固定排氣門參數(shù)時,固定進(jìn)氣門升程調(diào)整進(jìn)氣門相位的wT策略,固定進(jìn)氣門開啟時刻調(diào)整進(jìn)氣門升程的IVO策略,固定進(jìn)氣門關(guān)閉時刻調(diào)整進(jìn)氣門升程的IVC

3、策略以及固定進(jìn)氣門升程峰值時刻調(diào)整進(jìn)氣門升程的IVP策略等四種進(jìn)氣門控制策略對進(jìn)氣及壓縮沖程中缸內(nèi)流場變化的影響,以及由此引起的壓縮沖程后期殘余廢氣和溫度分布的變化。
　　 通過與PW流場測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,驗(yàn)證了三維計算結(jié)果的可靠性。研究表明,基于廢氣重壓縮策略HCCI汽油機(jī)進(jìn)氣行程中,缸內(nèi)流動呈現(xiàn)兩種走向。一股直接沿進(jìn)氣門側(cè)氣缸壁向下發(fā)展:另一股氣流經(jīng)排氣門側(cè)燃燒室壁向下流入氣缸。兩股氣流缸內(nèi)相互作用形成明顯的雙渦結(jié)構(gòu)。壓縮終

4、了缸內(nèi)殘余廢氣濃區(qū)位置由缸內(nèi)流場中雙渦之間的發(fā)展變化決定。前后回流的狀態(tài)會影響進(jìn)氣及壓縮過程中滾流的發(fā)展和變化歷程,并影響溫度的變化。
　　 缸內(nèi)殘余廢氣不均勻度受實(shí)際進(jìn)氣持續(xù)期以及進(jìn)氣質(zhì)量流率的影響。實(shí)際進(jìn)氣持續(xù)期增長有利于混合的進(jìn)行,降低殘余廢氣不均勻度。進(jìn)氣質(zhì)量流率的增大使得進(jìn)氣中滾流比及湍流強(qiáng)度增大,有利于混合。
　　 在氣門控制策略中,進(jìn)氣回流是調(diào)節(jié)缸內(nèi)流場狀態(tài)的有效手段。前回流時,小部分殘余廢氣和進(jìn)氣道內(nèi)的新

5、鮮充量進(jìn)行了預(yù)混,但這縮短了新鮮進(jìn)氣時實(shí)際進(jìn)氣持續(xù)期,增大了殘余廢氣的不均勻度。但前回流會降低回流到進(jìn)氣道內(nèi)的殘余廢氣溫度,影響壓縮終了時的溫度分布。而后回流消耗了混合氣的動能,不利于壓縮過程中缸內(nèi)的混合；并帶走了部分熱量,影響溫度分布。故進(jìn)氣門控制策略中回流狀態(tài)的變化會引起一定程度上殘余廢氣不均勻度和溫度不均勻度變化趨勢的差異,但影響效果有限。
　　 為了探尋控制缸內(nèi)成分和溫度分布的更有效手段,本文還研究了外部廢氣再循環(huán)和廢氣