点火室直喷汽油机混合气形成的模拟分析

论文摘要

缸内直喷汽油机(GDI:Gasoline Direct Injection)与传统汽油机相比,具有高燃油经济性、快速响应性和冷启动较低HC排放等优点。随着石油资源消耗量的日益增加和排放法规的日趋严格,各大汽车公司早已把GDI发动机作为开发重点。混合气形成过程是控制和决定燃烧过程的关键。它在喷油过程与点火、燃烧过程之间起着承上启下的纽带作用。为了进一步扩大空燃比,增大压缩比,提高经济性,并保证点火的可靠性和燃烧稳定性,形成更适于点火和燃烧的混合气是关键。因此研究缸内混合气的形成过程有着重要的意义。本文是点火室缸内直喷汽油机研究的第一阶段成果。1)提出了点火室式缸内直喷汽油机概念及其燃油喷射策略;2)应用AVL FIRE 8.6软件对点火室缸内直喷汽油机缸内的气流运动过程、两次喷雾过程和分层混合气形成过程进行了数值模拟,分析了喷油提前角以及不同的点火室形状对缸内混合气形成,尤其是点火室内混合气分布的影响。同时分析了不同转速对两次喷射过程油气混合的影响,验证了燃油喷射策略在大范围工况下的可行性。CFD模拟研究结果表明:1)点火室缸内直喷汽油机具有很好的点火可靠性和燃烧稳定性,具备扩大稀薄燃烧范围和降低排放的潜力,值得进一步开展深入研究;2)通过比较不同的点火室形状和改变喷油定时,优化了点火室内混合气的分布;3)本文所述的燃油喷射策略是可行的,在不同工况下,点火室内可以形成适宜点燃的稳定的混合气,为提高点火的可靠性和扩大点火定时窗口提供了可能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 GDI发动机研究发展现状
• 1.2.1 统一式
• 1.2.2 预燃室式
• 1.3 内燃机数值模拟技术的研究发展现状
• 1.3.1 零维模型
• 1.3.2 准维模型
• 1.3.3 多维模型
• 1.4 主要的CFD软件简介
• 1.5 研究内容
• 2 数值模拟
• 2.1 基本控制方程
• 2.2 喷雾模块
• 2.2.1 湍流扩散模型
• 2.2.2 液滴破碎模型
• 2.2.3 油束碰撞模型
• 3 直喷汽油机计算模型的建立
• 3.1 计算模型的建立
• 3.1.1 几何模型的建立
• 3.1.2 网格化分及动网格生成
• 3.2 计算初始条件和边界条件
• 3.2.1 初始条件
• 3.2.2 边界条件
• 4 混合气形成过程仿真及结果分析
• 4.1 气流运动分析
• 4.1.1 主燃烧室内的气体流动
• 4.1.2 点火室内的气体流动分析
• 4.2 喷雾的模拟及分析
• 4.2.1 主喷射过程
• 4.2.2 点火室浓度控制量喷射过程
• 4.2.3 混合气浓度分布
• 4.3 喷油提前角对混合气分布的影响
• 4.4 点火室通道宽度对混合气分布的影响
• 4.5 转速对混合气形成的影响
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 英文简写
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢