基于可變氣門機(jī)構(gòu)的HCCI汽油機(jī)缸內(nèi)流場和物質(zhì)分布特性的仿真研究.pdf

1、均質(zhì)充量壓縮著火(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)燃燒作為一種高效、低溫、低排放的新型燃燒方式,受到了內(nèi)燃機(jī)研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。HCCI燃燒主要受到化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的控制,而發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)流場特征的變化會(huì)影響缸內(nèi)不同區(qū)域間溫度以及組分的傳遞,進(jìn)而對(duì)燃燒過程產(chǎn)生影響。在裝有全可變氣門機(jī)構(gòu)的HCCI汽油機(jī)上,排氣門參數(shù)決定缸內(nèi)殘余廢氣率,控制混合氣特性和壓縮初始溫度；而進(jìn)氣門定時(shí)和升程可以

2、調(diào)節(jié)進(jìn)氣中缸內(nèi)流場特性及新鮮氣和缸內(nèi)殘余廢氣的摻混過程。同時(shí)有效壓縮比和進(jìn)氣回流的變化也可以改變壓縮過程中混合氣的溫度歷程。這樣就可以改變缸內(nèi)溫度及物質(zhì)組分的分層分布,進(jìn)而達(dá)到控制及優(yōu)化燃燒過程的目的。
　　 本文針對(duì)使用缸內(nèi)不均勻分布控制HCCI燃燒的問題,通過三維數(shù)值模擬方法,研究了固定排氣門參數(shù)時(shí),固定進(jìn)氣門升程調(diào)整進(jìn)氣門相位的wT策略,固定進(jìn)氣門開啟時(shí)刻調(diào)整進(jìn)氣門升程的IVO策略,固定進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻調(diào)整進(jìn)氣門升程的IVC

3、策略以及固定進(jìn)氣門升程峰值時(shí)刻調(diào)整進(jìn)氣門升程的IVP策略等四種進(jìn)氣門控制策略對(duì)進(jìn)氣及壓縮沖程中缸內(nèi)流場變化的影響,以及由此引起的壓縮沖程后期殘余廢氣和溫度分布的變化。
　　 通過與PW流場測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,驗(yàn)證了三維計(jì)算結(jié)果的可靠性。研究表明,基于廢氣重壓縮策略HCCI汽油機(jī)進(jìn)氣行程中,缸內(nèi)流動(dòng)呈現(xiàn)兩種走向。一股直接沿進(jìn)氣門側(cè)氣缸壁向下發(fā)展:另一股氣流經(jīng)排氣門側(cè)燃燒室壁向下流入氣缸。兩股氣流缸內(nèi)相互作用形成明顯的雙渦結(jié)構(gòu)。壓縮終

4、了缸內(nèi)殘余廢氣濃區(qū)位置由缸內(nèi)流場中雙渦之間的發(fā)展變化決定。前后回流的狀態(tài)會(huì)影響進(jìn)氣及壓縮過程中滾流的發(fā)展和變化歷程,并影響溫度的變化。
　　 缸內(nèi)殘余廢氣不均勻度受實(shí)際進(jìn)氣持續(xù)期以及進(jìn)氣質(zhì)量流率的影響。實(shí)際進(jìn)氣持續(xù)期增長有利于混合的進(jìn)行,降低殘余廢氣不均勻度。進(jìn)氣質(zhì)量流率的增大使得進(jìn)氣中滾流比及湍流強(qiáng)度增大,有利于混合。
　　 在氣門控制策略中,進(jìn)氣回流是調(diào)節(jié)缸內(nèi)流場狀態(tài)的有效手段。前回流時(shí),小部分殘余廢氣和進(jìn)氣道內(nèi)的新

5、鮮充量進(jìn)行了預(yù)混,但這縮短了新鮮進(jìn)氣時(shí)實(shí)際進(jìn)氣持續(xù)期,增大了殘余廢氣的不均勻度。但前回流會(huì)降低回流到進(jìn)氣道內(nèi)的殘余廢氣溫度,影響壓縮終了時(shí)的溫度分布。而后回流消耗了混合氣的動(dòng)能,不利于壓縮過程中缸內(nèi)的混合；并帶走了部分熱量,影響溫度分布。故進(jìn)氣門控制策略中回流狀態(tài)的變化會(huì)引起一定程度上殘余廢氣不均勻度和溫度不均勻度變化趨勢的差異,但影響效果有限。
　　 為了探尋控制缸內(nèi)成分和溫度分布的更有效手段,本文還研究了外部廢氣再循環(huán)和廢氣