GDI汽油機(jī)乙醇汽油閃急沸騰噴霧研究.pdf

1、燃用乙醇汽油的缸內(nèi)直噴式(GDI)汽油機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性以及降低CO2,NOx排放上有很大的優(yōu)勢,是未來乘用車發(fā)動機(jī)的主要型式,是我國節(jié)能減排需要發(fā)展的技術(shù)之一。GDI汽油機(jī)多使用高壓共軌系統(tǒng)和多孔噴油器,在噴霧過程中會遇到空化和閃急沸騰現(xiàn)象。噴霧好壞直接影響燃燒過程進(jìn)而決定發(fā)動機(jī)的性能。閃急沸騰和空化一方面會造成燃油計量不準(zhǔn)確、噴霧結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,另一方面會增加擾動促進(jìn)霧化。閃蒸沸騰噴霧具有霧化快、液滴小、蒸發(fā)快、貫穿距離短的優(yōu)點。為了合理

2、利用空化和閃急沸騰促進(jìn)霧化的優(yōu)點,需要研究空化和閃急沸騰的發(fā)生條件、發(fā)展規(guī)律及對霧化的影響。
　　選用泡點作為燃油閃急沸騰的判斷依據(jù)。建立了基于離散組分的乙醇汽油燃料模型。采用Peng-Robinson物性方程對乙醇汽油的氣液平衡過程進(jìn)行計算,研究了不同乙醇含量對燃料泡點/露點曲線的影響。結(jié)果表明:較低的乙醇含量明顯拓寬了燃油的兩相區(qū)域范圍,在低乙醇含量條件下隨著乙醇含量的增加兩相區(qū)范圍變大;而在高乙醇含量條件下,隨著乙醇含量的增

3、加,兩相區(qū)變窄,P-T曲線更狹長;采用泡點曲線預(yù)測閃急沸騰現(xiàn)象更為準(zhǔn)確合理,同時較低的燃燒室壓力或者較高的燃油溫度會促進(jìn)閃急沸騰的發(fā)生。
　　采用雙流體法,對高壓噴射條件下GDI多孔噴油器噴嘴內(nèi)部流動進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析和總結(jié)了GDI多孔噴油器發(fā)生空化流動的條件和發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明:在噴孔入口轉(zhuǎn)角處以及針閥開啟或關(guān)閉時針閥與閥座壁面縫隙處均有空化現(xiàn)象發(fā)生;噴孔入口轉(zhuǎn)角處的空化氣泡逐漸向下游發(fā)展,可發(fā)生部分空化及超空化流動;針閥縫

4、隙處的空化氣泡不向下游發(fā)展,在針閥完全打開或關(guān)閉時消失;噴嘴內(nèi)部流動形態(tài)受燃油性質(zhì)及噴嘴幾何結(jié)構(gòu)影響較大,在針閥保持最大升程時,噴孔內(nèi)仍觀察到不穩(wěn)定的空化流動;空化流動造成噴嘴各孔流量、速度產(chǎn)生差異,影響噴霧霧化過程,是設(shè)計和噴霧模擬時必須要考慮的因素。
　　在可視化定容室噴霧試驗臺上開展了GDI多孔噴油器使用乙醇汽油的噴霧特性試驗研究。結(jié)果表明:環(huán)境壓力對貫穿距的影響最大,噴射壓力次之,環(huán)境溫度對貫穿距的影響最小;環(huán)境溫度與環(huán)境

5、壓力對油滴索特平均直徑的影響較大;噴霧貫穿距隨噴射壓力增加而增加,隨環(huán)境壓力增加而減小,隨環(huán)境溫度變化不明顯;噴霧錐角隨環(huán)境壓力升高而增大,但基本不受噴射壓力及環(huán)境溫度的影響;油滴索特平均直徑隨噴射壓力及環(huán)境溫度升高而降低,隨環(huán)境壓力升高而升高。
　　在可視化定容彈噴霧試驗臺上,采用紋影法研究了不同燃油溫度及不同環(huán)境壓力條件下閃急沸騰噴霧發(fā)展過程。試驗發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)噴霧相比,閃急沸騰噴霧貫穿距較短、噴霧錐角較大。在某些噴射條件下,噴霧

6、的外緣發(fā)現(xiàn)了氣泡聚集發(fā)展的跡象。在霧束的某些部位發(fā)現(xiàn)了泡狀的亮斑。氣泡的聚集發(fā)展會使相應(yīng)區(qū)域的“膨脹”“隆起”或者“塌陷”。氣泡的這種行為使得噴霧邊緣更不規(guī)則,并促進(jìn)了燃油的霧化。相同環(huán)境壓力條件下噴霧貫穿距隨溫度增加先減小后增加,噴霧錐角隨溫度增加先增加后略有減小。閃急沸騰噴霧在高過熱度條件下存在轉(zhuǎn)變過程。
　　為模擬閃急沸騰噴霧現(xiàn)象,提出了基于空隙率和過熱度共同控制的閃急沸騰霧化新模型和基于雙區(qū)法的蒸發(fā)模型,并編寫相關(guān)程序在K