GDI發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)噴霧場(chǎng)仿真研究.pdf

1、缸內(nèi)直噴(GDI)與傳統(tǒng)的氣道噴射汽油機(jī)相比，燃油能夠得到精確控制，油耗下降約35％。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)將燃油直接噴入氣缸，油滴蒸發(fā)主要依靠從空氣中吸熱而不是從壁面吸熱，使混合氣的溫度和體積下降，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，降低爆震傾向。但是，GDI發(fā)動(dòng)機(jī)燃油混合時(shí)間短，缸內(nèi)混合氣混合狀況直接制約著GDI發(fā)動(dòng)機(jī)性能，是GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)。油氣混合過(guò)程主要受?chē)娪推鞅旧硖匦?、噴射位置、噴射角度、缸?nèi)湍流運(yùn)動(dòng)、燃燒室形狀以及噴油策略等因素的影響

2、。本文基于Star-CD軟件，對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在均質(zhì)混合燃燒模式下的混合氣形成與控制進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)燃油噴霧破碎模型進(jìn)行標(biāo)定。首先，對(duì)噴霧試驗(yàn)測(cè)試工況進(jìn)行了確定，包括噴霧試驗(yàn)中高壓定容器的背壓、溫度以及噴油器噴射參數(shù)的確定。其次，建立了噴霧試驗(yàn)中高壓定容器的幾何模型，并劃分網(wǎng)格；最后選取合適的噴霧破碎模型，并對(duì)噴霧破碎模型中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將模擬得到的噴霧圖像以及貫穿距同試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，最終確定

3、了噴霧模型參數(shù)。標(biāo)定結(jié)果表明，在貫穿距、噴霧形態(tài)和噴霧錐角方面，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的吻合度，能夠作為后續(xù)章節(jié)缸內(nèi)的噴霧計(jì)算。②采用Star-CD軟件，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)及噴霧場(chǎng)仿真分析模型，分析了噴油器安裝位置、安裝角度、噴油始點(diǎn)以及燃燒室形狀對(duì)缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程的影響，所得結(jié)論如下：噴油器安裝位置布置在進(jìn)氣側(cè)要優(yōu)于布置在進(jìn)排氣門(mén)中部和排氣側(cè)。在點(diǎn)火時(shí)刻，噴油器安裝在進(jìn)氣側(cè)和進(jìn)排氣門(mén)之間，都能在火花塞附近形成穩(wěn)定著火的可燃混合

4、氣，而噴油器安裝在排氣側(cè)則不能在火花塞附近形成穩(wěn)定著火的可燃混合氣。對(duì)混合氣均勻性而言，中部噴射位置最差，進(jìn)氣側(cè)噴射與排氣側(cè)噴射的均勻性相當(dāng)；混合氣分層而言，排氣側(cè)噴射能形成垂直分層混合氣，中部噴射能形成徑向分層混合氣，但分層均不能滿(mǎn)足越靠近火花塞處越濃的理想情況；三種噴油器安裝角度方案中，方案二的最好，在點(diǎn)火時(shí)刻，混合氣均勻性最好，在火花塞附近能形成穩(wěn)定著火的可燃混合氣；方案三中，噴油器安裝角度大，燃油蒸發(fā)速度快，但在點(diǎn)火時(shí)刻混合氣局

5、部偏濃；方案一中，噴油器安裝角度小，此時(shí)不能充分利用缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的卷吸作用來(lái)加速燃油的蒸發(fā)，從而導(dǎo)致過(guò)多的燃油撞擊缸壁和活塞頭部；隨著噴油時(shí)刻的推遲，燃油到點(diǎn)火時(shí)刻時(shí)混合氣均勻性變差，進(jìn)氣側(cè)混合氣越來(lái)越濃，排氣側(cè)混合氣越來(lái)越稀，同時(shí)缸套上最大燃油累計(jì)濕壁量不斷增加。故噴油始點(diǎn)的選取應(yīng)在進(jìn)氣過(guò)程的初期為宜，這樣能給燃油混合提供較長(zhǎng)的混合時(shí)間；在平頂活塞頭部設(shè)計(jì)凹坑，利用凹坑對(duì)氣流的引導(dǎo)，從而加速燃油的蒸發(fā)混合速度，且在點(diǎn)火時(shí)刻，帶凹坑活塞