气道喷射式汽油机混合气形成过程三维数值模拟

摘要

当前，在环境污染和能源危机的双重压力下，人们在追求车用发动机良好动力性的同时，对发动机排放性能的要求也越来越高。因此，国内外学者进行了大量相关的研究，这些研究中，混合气形成是其中的一个重要方向。以往，因为受计算能力的限制，这些研究通常是以试验手段为主，近年来随着计算水平的迅速提高，发动机缸内流场的数值模拟技术已经发展成为汽车虚拟技术的重要组成部分。
　　 在汽油机的发展历程中，气道喷射式汽油机起到了中坚作用，故本课题选用气道喷射式汽油机为研究对象。
　　 本文在前人研究的基础上，利用AVL-FIRE软件对某汽油机混合气的形成过程进行了三维数值模拟。得到了包括进气道-缸内速度、湍动能、当量比和压力在内的流场特性的三维结果。由于双气门的对称结构，滚流是缸内较大尺度涡旋的主要运动形式。缸内的湍动能、压力场与速度场存在着对应关系：湍动能高能量核心区域的分布与气流涡旋中心的变化大体一致；缸内低压核心区的分布形式与高能量的湍动能核心区分布又是彼此对应的。
　　 为了研究各参数对混合气形成质量的影响，本文分别对汽油机的喷油角度、喷油时刻、发动机转速等工况，进行了数值模拟，并得到了相关结果。计算结果表明：1)改变喷油角度，对汽油机缸内气体流速和湍流强度的影响不大，对缸内的浓度分布影响较大。2)闭阀喷射混合气分布更均匀，但当量比较低，且排气门座下方存在部分浓区，不利于排放；开阀喷射汽油机的当量比较高，有利于实现对燃油喷射量的精确控制。3)发动机转速对缸内气体流速和油气混合有较大的影响。对于改变发动机的结构参数和运行参数所带来的增益应综合考虑。
　　 发动机混合气形成的三维模拟计算可以在较短的时间内获得大量流场信息，计算结果可以为发动机的设计和改进提供理论依据。