簇孔式喷油嘴喷雾特性及其对汽油PPCI燃烧影响的模拟研究

摘要

当今世界面临的资源与环境问题越来越严峻，这对各行业的节能减排都提出了很高的要求。发动机行业人们也在不断的探讨实现消耗少、排放低的方法。汽油部分预混合压燃（PPCI）燃烧方式可改善HCCI均质混合气较难制备、对自燃着火难控制、运转工况范围较窄的问题。配合适当的喷油策略和EGR率，PPCI燃烧可以获得较低的NOx、Soot排放和较好的燃油经济性。
　　为了改善PPCI预混合气的制备，本文采用三维模拟计算方法，以AVL-FIRE软件为工具，研究分析一种新型喷油嘴——簇孔式喷嘴对汽油PPCI燃烧及其混合气形成的影响。研究表明：
　　簇喷孔孔径较小、孔数多，通过油束间角度的调整可产生油束间的干涉作用或发散作用，一定程度上或有助于增加喷雾贯穿距离，或扩大油束在燃烧室空间的分布范围，减小破碎油滴直径，改善缸内空气的利用，从而改善油气混合。
　　对平行式簇孔式喷油嘴与传统喷嘴、多喷孔喷嘴对喷雾特性、燃烧和排放的影响计算分析，结果显示多喷孔喷油嘴形成的混合气最均匀、簇孔式喷油嘴次之，而对于汽油PPCI燃烧，簇喷孔的排放相对较好。
　　本文研究了簇孔式喷油嘴几何参数的影响。簇喷孔的喷雾特性随着夹角θ不同而不同：扩张型喷嘴（θ>0）雾化好，形成的混合气较均匀，但喷雾贯穿距离短；收缩型喷嘴（θ<0）改善喷雾贯穿距离，干涉作用较强，但雾化相对较差。
　　等流通面积的簇孔式喷油嘴随着孔数的增加，孔径减小，燃油的破碎雾化质量改善，形成的混合气较均匀，在滞燃期形成可燃混合气较多。但喷雾贯穿距离减小，最高爆发压力增大，温度升高，使NOx排放增加。因此，PPCI燃烧可以通过选取适当几何参数的簇孔式喷油嘴，控制其预混合气形成及其排放。
　　另外文中分析了喷油提前角、喷油压力以及ERG率对燃烧和排放的影响，并通过正交试验法对不同喷油策略、EGR率，及多种簇孔式喷嘴匹配组合做了计算研究，分析得出了汽油PPCI燃烧和排较优的组合。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 内燃机新型燃烧方式

1.3 簇孔式喷油嘴的研究与应用现状

1.4 本文研究的目的及主要内容

2 汽油PPCI燃烧的试验研究

2.1 试验装置

2.2 试验相关结果的测量及处理

2.3 试验结果

2.4 本章小结

3 汽油PPCI喷雾与燃烧模拟计算模型的建立与验证

3.1 概述

3.2 模拟计算的基本守恒方程

3.3 数值模拟模型的选择及参数的设置

3.4 几何模型及计算网格

3.5 计算条件的选择及模型的校正

3.6 本章小结

4 簇孔式喷油嘴喷雾特性及其对汽油PPCI燃烧的影响

4.1 概论

4.2 平行簇孔式喷油嘴与传统喷油嘴的喷雾特性与燃烧比较分析

4.3 不同夹角??的簇孔式喷油嘴对缸内混合气形成及燃烧排放的影响

4.4 不同孔径簇孔式喷油嘴对喷雾特性与燃烧的影响

4.5 本章小结

5 喷油参数对燃烧排放的影响

5.1 喷油提前角对燃烧和排放的影响

5.2 喷油压力对燃烧和排放的影响

5.3 ERG对燃烧和排放的影响

5.4 正交法探讨最佳的控制条件与簇孔式喷油嘴的匹配

5.5 本章小结

6 总结展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献