直喷汽油机直接起动过程中的燃烧和动力学模拟

摘要

直喷汽油机直接起动技术是实现汽车节能与减排的重要手段之一。利用模拟的方法研究直喷汽油机直接起动过程中燃烧与运动学过程,对于指导直接起动过程时的控制策略制定有一定的理论意义和较高的工程实用价值。
　　本文分别采用AVL-Fire和Matlab软件,建立了模拟直喷汽油机直接起动时第一个着火气缸内混合气形成和燃烧过程的三维计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)模型,以及模拟发动机起动过程中转速变化的一维动力学模型,并进行了两者的耦合,研究了4缸直喷汽油机直接起动过程时第1个着火气缸和第2个着火气缸的整体燃空当量比、点火时刻、活塞停止位置对混合气特性、燃烧与发动机转动过程特性的影响。研究结果表明:
　　在喷油压力为5MPa时,随着整体燃空当量比的增大,在喷油开始后相同的时刻下,在第1个着火气缸内混合气的不均匀性指数增大,喷雾引起的缸内湍动能最大值增加,且峰值位置略微后移。整体燃空当量比为0.8和1.2时,缸内混合气燃空当量比处于0.7-1.4的体积分数比燃空当量比为1.6和2.0时的大,而在整体燃空当量比≥1.6时,缸内混合气燃空当量比处于0.7-1.4的体积分数随着整体燃空当量比的增加而减小。在相同的整体燃空当量比条件下,在火花塞周围第一次形成理论燃空当量比混合气时点火可以实现更高的燃烧速率。
　　在第1个着火气缸活塞停止位置一定时,第1个着火气缸内混合气燃烧速率越大,则第1个着火气缸引起的发动机反转转速及转过的角度越大。在第1个着火气缸活塞停止位置及燃空当量比和点火时刻一定的情况下,第2个着火气缸在反转到最靠近上止点时点火可以实现发动机在后续的正转中达到最高速度。在该点火时刻下,第2个着火气缸燃烧速率在燃空当量比为1.2时达到最大,并且有利于实现发动机的直接起动。在第1个着火气缸不同的活塞停止位置下,只有活塞停止在60°BTDC时,发动机能顺利实现直接起动。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2直喷汽油机

1.3直喷汽油机的数值模拟

1.4直接起动-停止技术的研究现状

1.5本课题研究意义和主要内容

第二章 直喷汽油机CFD模型的建立

2.1试验用直喷汽油机简介

2.2计算网格模型的建立

2.3初始条件和边界条件的确定以及一维仿真模型的建立

2.4湍流模型

2.5喷雾模型的建立和标定

2.6燃烧模型的建立和标定

2.7本章小结

第三章 直喷汽油机直接起动时第一个着火气缸内混合气的形成及着火过程的模拟

3.1停机时缸内混合气形成过程的光学测试

3.2直接起动时第一个着火气缸内混合气形成过程的模拟

3.3不同喷油量对缸内混合气形成的影响

3.4不同喷油量和点火时刻对第1个着火气缸燃烧的影响

3.5本章小结

第四章 直喷汽油机直接起动过程中转速的模拟

4.1曲柄连杆机构的一维动力学分析

4.2发动机的转动惯量和平均摩擦力矩的确定

4.3直喷汽油机的一维动力学模型的建立及验证

4.4第1个着火气缸燃空当量比对发动机反转过程影响的模拟

4.5第2缸的起动参数对反转过程及正转过程的影响

4.6不同活塞停止位置对反转过程及正转过程的影响

4.7本章小结

第五章 全文总结及工作展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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