空气辅助缸内直喷汽油机混合气形成的仿真研究

摘要

缸内直喷是提高汽油机燃油经济性的重要手段，与传统进气道喷射相比具有充气效率高、压缩比大、热效率高、响应快速等特点，是应对目前能源危机与严格的排放法规的最有效手段。本文主要通过三维数值模拟计算研究空气辅助缸内直喷汽油机的进气道流动特性和混合气形成的分析与优化。
　　 建立了空气辅助缸内直喷汽油机的进气道及燃烧室的几何模型和计算网格。对进气道的流动特性进行了稳态计算，通过对比计算流量系数与气道稳流实验台数据验证了计算模型的正确性，并分析缸内不同平面的气流运动情况。
　　 对缸内混合气形成进行了瞬态计算，并用定容弹对喷雾模型进行标定。在此基础上，通过调整喷油时刻和喷油角度优化缸内混合气质量，取得如下研究成果：
　　 1、分析了缸内不同平面内的气流运动情况，y-z面在点火前在缸内形成大范围的较强滚流运动；然而x-z面进气行程形成的滚流运动逐渐抵消，最终未能形成对点火有利的滚流运动，进气道与燃烧室的结构有待优化。
　　 2、喷油正时对混合气浓度分布有着重要影响，喷油越早，燃油蒸发混合越充分。喷油时刻(SOI)为410°CA，燃油蒸发时间及与空气混合时间较长，燃油蒸发率可达97％，混合气浓度分布比晚喷相对均匀；随着喷油的推迟(SOI为410°CA和460°CA)，燃油蒸发量逐渐下降，混合气质量也有所下降。
　　 3、喷油角度影响喷雾在缸内的碰壁时间和碰壁位置，因而也会影响混合气浓度分布。较小的喷油角20°时，由于喷雾与活塞碰壁较早，且不存在湿壁现象，易在缸内形成均质混合气；而较大的喷油角30°和40°由于与缸壁和活塞的碰壁，存在过浓混合气层，当量比分布不均匀，碳氢排放和炭烟增加，同时湿壁造成润滑油稀释，降低活塞使用寿命。