气道喷射汽油机不同负荷下内部残余废气分布特性的研究.pdfVIP

中国内燃机学会燃烧节能净化分会2009年学术年会 CSICE2009-098 气道喷射汽油机不同负荷下内部残余废气 分布特性的研究1 2 李楠 ，谢辉，赵华 （天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072 ） 摘要：基于废气-负荷控制策略的汽油机HCCI 燃烧，利用排气门管理内部残余废气率控制发动机负荷，进 气门升程和相位调节缸内状态，控制着火和优化燃烧相位。本文利用 KIVA 对全可变气门机构单缸机进行 CFD 仿真，研究不同负荷下缸内温度、残余废气分布特征，以及不同负荷下进气门对温度、废气不均匀分 布的调节作用。仿真结果表明，采用废气-负荷控制策略，低负荷时缸内残余废气浓区位于进气门下方，高 负荷时残余废气浓区位于排气门下方。随负荷增大，缸内残余废气率不均匀度和温度不均匀度都有减小的 趋势，即缸内分层程度减弱。中低负荷时，通过进气门升程和相位调节，缸内残余废气率不均匀度和温度 不均匀度都可以实现较大的变化范围；高负荷时，残余废气率不均匀度和温度不均匀度可调控范围较小。 关键词：汽油机；内部残余废气；不均匀度；HCCI 1 引言 HCCI燃烧由于具有同时提高汽油机燃 匀分布的调节能力。 油经济性和降低排放而受到了全球内燃机 2 计算模型与计算条件 界越来越多的关注。 缸内流动采用RNG κ-ε湍流模型进行模拟 尽管化学动力学对HCCI 燃烧起重要作用，但是混合过程、缸内成分分 计算，自燃模型采用改进的shell模型，燃烧模 布和温度分布对HCCI燃烧仍有重要的影响。 型采用特征时间燃烧模型。 Zhao[1] ，Thirouard[2]及Kumano[3]等人分别利用 光学发动机对可控自燃发动机缸内不均匀 表1 发动机基本参数 性进行研究，结果都表明缸内混合气在缸内 缸径 （mm ） 80 成不均匀分布状态，且充量成份和温度的不均 行程 （mm ） 83.5 匀性与着火燃烧过程之间存在着明显的相关 压缩比 10.3:1 性。因而，通过控制充量成分和温度在缸内的 连杆长度 （mm ） 133 不均匀分布，有可能实现对HCCI着火燃烧过 进气门直径 （mm ） 30 程的有效控制。 排气门直径 （mm ） 26 基于内部残余废气的HCCI燃烧，改变气 门参数必然直接影响到进、排气过程的流动特 性，从而影响新鲜充量与缸内残余废气的混和 过程，影响缸内成分分布和温度分布，是气道 喷射汽油机HCCI 的研究重点之一。近些年来， 随着计算机技术的迅速发展，发动机缸内工作 过程三维模拟研究在理解缸内混合气混合、传 热传质及燃烧过程方面起了很大的辅助作用， 有助于设计、优化发动机结构和合理有效控制 发动机工作过程。本文通过多循环CFD模拟， 图1 发动机网格模型 研究负荷对缸内成分和温度分布的影响，以及 汽油机模型为基于Ford 1.7L汽油机建 不同负荷下气门控制对缸内成分和温度不均 立的带进排气道的单缸发动机计算模型，基 1 基金项目：国家自然科学基金资助项目，国家自然科学基金重点项目）。 2 作者简介：李楠（1982-），女