基于汽油直噴壓燃燃燒模式的缸內(nèi)燃燒組織優(yōu)化三維模擬研究.pdf

1、由于能源和環(huán)境的雙重壓力，內(nèi)燃機(jī)必須向高效清潔的燃燒模式發(fā)展，來應(yīng)對日益嚴(yán)格的排放法規(guī)和主機(jī)廠對成本的控制。近年來各大研究機(jī)構(gòu)對于壓燃燃燒模式的改進(jìn)研究結(jié)果表明，通過配合進(jìn)氣、噴油以及 EGR等可變手段的調(diào)節(jié)，壓燃燃燒方式除柴油以外，還可適用于如汽油和天然氣等不同種類的燃料。其中汽油壓燃燃燒（GCI）方式，由于其直接可燃用市售汽油燃料、能夠達(dá)到甚至超過柴油機(jī)燃燒效率、極低的碳煙（Soot）排放等優(yōu)點(diǎn)，成為一種潛在的可商用化的下一代燃燒模

2、式。部分預(yù)混壓燃燃燒（PPCI）采用缸內(nèi)直噴長滯燃期燃料，通過早噴或晚噴使燃料在缸內(nèi)燃燒之前全部噴入缸內(nèi)，并進(jìn)行一定程度的混合，實(shí)現(xiàn)噴霧和燃燒過程的分離。該燃燒方式和均質(zhì)壓燃燃燒（HCCI）不同，著火更依賴于混合氣的分層。因此，PPCI燃燒的著火時刻可以通過對噴油時刻的控制來進(jìn)行調(diào)整，燃燒更加可控。
　　本文的研究基于一臺ZH1130柴油機(jī)，采用AVL FIRE軟件建立缸內(nèi)燃燒三維模擬計(jì)算模型，通過模擬計(jì)算手段分析了包括進(jìn)氣、噴油

3、方式及其與燃燒室的匹配參數(shù)對于汽油直噴壓燃燃燒模式的影響。研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　考慮進(jìn)氣氣流流動特性對燃燒的影響：適當(dāng)?shù)母變?nèi)氣流運(yùn)動強(qiáng)度可優(yōu)化燃燒著火時刻，開式燃燒室由于無法形成較強(qiáng)的缸內(nèi)擠流運(yùn)動，不利于著火的發(fā)生，“ω”形燃燒室可以產(chǎn)生較強(qiáng)擠流運(yùn)動，有利于著火；渦流比在1~2范圍內(nèi)對于燃燒影響區(qū)別不大，但進(jìn)一步增加渦流比會導(dǎo)致燃燒滯燃期增加，混合氣混合更加充分，放熱過程過快，NOx排放惡化，排溫提高同時熱效率下降。考慮噴油位

4、置對燃燒的影響：噴油嘴位置和噴油夾角會改變噴霧射流和缸內(nèi)氣流的相對位置，這個影響會改變噴射油滴的蒸發(fā)和混合氣的擴(kuò)散，并改變著火時刻的最大湍動能大小?？紤]進(jìn)氣充量的組成并配合適當(dāng)?shù)膰娪蜁r刻對燃燒的影響：在不使用進(jìn)氣摻混EGR并調(diào)整噴油時刻的情況下，燃燒效率和NOx排放并不能通過上述參數(shù)的調(diào)整同時達(dá)到一個理想值，通過調(diào)整EGR和噴油相位可以同時保證較高燃燒效率并明顯降低NOx排放；由于PPCI 模式下汽油著火對混合氣濃度和湍動能的

5、要求，本文設(shè)計(jì)了進(jìn)氣節(jié)流模式下的缸內(nèi)燃燒模擬計(jì)算模型，結(jié)果表明，配合噴油時刻的調(diào)整以及進(jìn)氣溫度的略微提升，在不摻混EGR的條件下可以實(shí)現(xiàn)較低NOx排放并且能保證一定燃燒效率；多次噴射的模擬結(jié)果表明單一考慮噴油時刻及噴油策略的調(diào)整對于燃燒有一定影響，但無法改變輸出功率和NOx排放的“此消彼長”的關(guān)系，真正要避開“當(dāng)量比-溫度”圖上的NOx生成區(qū)域仍然需要靠進(jìn)氣摻混EGR來稀釋混合氣。
　　本文研究結(jié)果表明，在汽油直噴壓燃燃燒模式下，