缸内直喷汽油机低速性能的优化

通过仿真与试验相结合的方法对2.0,L涡轮增压缸内直喷汽油机的低速性能进行了研究,分析了进气滚流比及喷油开始时刻对其性能的影响.使用高滚流气道并对喷油开始时刻进行优化,可有效改善燃烧稳定性和燃油经济性,但其对燃油湿壁问题的改善并不理想.采用两段喷油策略及改变喷油器安装角,对喷雾碰壁问题进行了优化.结果显示:与单段喷射相比,两段喷射可使燃油碰壁和壁面油膜量大幅下降,混合气均匀度也得到进一步提高.适当减小喷油器安装角可使燃油碰壁明显降低,壁面油膜量降低38%,且混合气也更均匀.     

二次喷射对直喷增压汽油机混合气形成与燃油湿壁影响的数值研究

使用数值仿真的方法对缸内喷雾、混合气形成和燃油湿壁进行了研究,重点对二次喷射对燃油湿壁的影响进行了详细的分区分析。对比分析了单次喷射方案和二次喷射方案仿真结果,包括滚流比、湍动能、喷雾图像、混合气浓度分布、燃油湿壁量。研究结果表明:在发动机2 000r/min全负荷工况下,两个方案缸内流场差异较小,混合气分布差异明显;二次喷射策略会降低燃油湿壁,燃油湿壁量最大值降低了27%。通过台架试验得到通过二次喷射策略机油稀释比例降低了15%,早燃频次也有所下降。     

早喷参数对燃油湿壁影响的数值模拟

利用AVL-Fire软件建立了4100柴油机的三维数值模型,并对早喷策略下燃油喷雾湿壁现象进行了数值模拟,重点研究了早喷参数(喷油时刻、喷雾锥角、喷油压力及两段喷射)对早喷阶段累积燃油撞壁量、最大湿壁油膜质量和主喷开始前残余湿壁油膜质量等燃油湿壁参数的影响.研究表明:早喷时刻对燃油湿壁量影响不大;喷油压力对喷雾到达壁面时间和缸内气流运动均产生影响;减小喷雾锥角、采用两段式早喷策略可以有效降低燃油湿壁量,但改变两段喷油量的比例对改善燃油湿壁作用不大.     

喷油策略对直喷汽油机混合气形成影响的模拟计算北大核心CSCD

利用三维仿真软件FIRE建立直喷发动机的仿真计算模型。经过喷雾可视化试验标定,对直喷发动机的单次喷射和二次喷射进行仿真计算,得出二次喷射策略的燃油碰壁量比单次喷射降低25%,有利于混合气的形成和燃烧。进一步研究推迟二次喷射时间对混合气形成的影响发现,一定程度上推迟喷油时间后,燃油的碰壁量会有所下降,同时也会导致最终油膜量的提高,反而导致混合结果不佳。此外,若喷油过迟,碰壁量不仅不会减少,还会增加。     

喷孔夹角对直喷汽油机混合气形成与燃烧特性的影响

基于试验验证了喷雾模型和燃烧模型,采用CFD技术研究了喷孔夹角对直喷汽油机喷雾发展、混合气形成以及缸内燃烧特性的影响.研究结果表明,增加喷孔夹角,减小喷雾之间相互作用,有利于燃油雾化,改善了缸内混合气及缸内燃烧,提高了缸内压力和放热率.喷孔夹角大小的选择直接影响直喷汽油机缸内混合气质量与燃烧优劣.     

缸内直喷汽油机喷雾、混合气形成和燃烧过程的三维数值模拟

建立了带进排气道的缸内直喷(GDI)汽油机三维数值模型,并对喷雾模型和燃烧模型进行了实验标定,进而模拟了GDI发动机化学当量比条件下均质混合气和分层混合气两种模式从进气-喷雾-混合气形成-燃烧的全过程.模拟结果表明,GDI发动机高压多孔喷嘴喷雾雾化明显,贯穿距离较长,进气过程中缸内形成强滚流促进燃油蒸发和油气混合;进气冲程单次喷射可在缸内点火之前形成较为均匀的混合气,进气和压缩冲程中进行两次喷射可在缸内点火之前形成火花塞附近较浓、周围较稀的分层混合气;在化学当量比条件下适当采用分层混合气燃烧,与均质混合气相比可以降低燃烧速度,从而减小最大爆发压力和压力升高率.计算结果有助于深入理解GDI发动机的工作过程,并为后续研究GDI燃烧控制策略提供了模拟计算平台.     

喷油时刻对缸内直喷汽油机颗粒物排放的影响

缸内直喷汽油机因其良好的节能性能,近几年来成为车用汽油机研究的重点,但也带来了颗粒物排放的问题.针对一款缸内直喷发动机,采用CFD数值模拟和发动机台架试验相结合的方法,研究了不同的喷射时刻对直喷汽油机混合气形成和颗粒物排放的影响.结果表明:缸内直喷汽油喷雾碰壁形成油膜与颗粒物排放有着直接的关系;在小负荷和中等负荷工况下,喷射时刻的优化能够有效地降低颗粒物数量排放.对于典型进气侧置喷油器缸内直喷汽油机,中小负荷工况优化的喷油策略为喷射时刻在进气冲程中期(约270,°,CA BTDC).     

GDI发动机冷怠速工况缸内混合气形成模拟研究

采用三维CFD仿真建立了缸内直喷发动机冷怠速工况缸内混合气形成过程仿真模型,并与光学发动机台架测量结果进行了对比,验证了仿真模型的准确性。基于仿真模型研究了冷怠速工况两次喷油正时与喷射比率对缸内混合气形成、燃油碰壁的影响。研究结果表明:进气行程喷油过早会导致活塞顶油膜增加,过晚喷射则会导致缸套壁面油膜增加,进气行程喷油正时对缸内混合气分布有一定的影响,但压缩上止点附近火花塞附近浓区形成与保持主要由压缩行程喷射来实现;压缩行程喷油过早,在点火时刻缸内会形成相对均质的混合气分布,过迟则会导致活塞顶油膜量急剧增加;两次燃油喷射量比率对火花塞附近浓区的形成影响相对较小,但压缩行程喷射量过多会导致活塞顶油膜量明显增加。     

天然气发动机预燃室内混合气形成对点火射流的影响

针对船用天然气发动机预燃室内的混合气形成及射流点火特性进行了研究。基于试验标定和验证的喷雾燃烧模型,对预燃室内的柴油雾化–混合–着火过程进行了仿真计算,获得了混合气形成对点火射流特性的影响规律。结果表明,在同时考虑预燃室内燃油湿壁量与雾化质量时,存在一个最佳喷射压力匹配区间,且在相同喷射压力下采用两段喷射可以减少预燃室的燃油湿壁量;增大预燃室内混合气浓度分层并缩短初始着火点与射流孔的距离,可减小燃料损失,增长放热持续期,提高点火能力。     

直喷汽油对HPCC大负荷工况影响的数值模拟

利用三维计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,对燃油预混比例、汽油喷射时刻、柴油喷射时刻和柴油喷射量4个参数进行优化,系统研究了缸内直喷汽油对高比例预混燃烧(HPCC)大负荷工况的影响.结果表明:汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略可以增强缸内的混合气浓度分层;采用该喷油策略计算得到的平均指示有效压力(IMEP)和压力升高率分别为1.350,MPa、0.520,MPa/(°)CA,相比于基准工况的1.346,MPa和0.893,MPa/(°)CA,在保证IMEP不变的前提下,压力升高率和NOx排放分别降低了41%,和46%,,soot排放略有升高.采用汽油混合喷射结合柴油缸内直喷是控制压力升高率和拓展HPCC运行负荷上限的有效措施之一.