基于CFD分析缸内直喷发动机燃烧室优化.pdfVIP

基于CFD 分析的缸内直喷发动机燃烧室优化 设计 凌鑫晨，曹波，陈凯 (泛亚汽车技术中心有限公司，龙东大道3999 号，上海) [摘要] 利用AVL FIRE 软件，对GDI 发动机缸内流动及喷雾过程进行了数值模拟分析，研究了 不同燃烧室设计方案对缸内流动过程的影响。结合滚流、旋流、缸内当量比分布等八项评价指 标，对不同设计方案的优化效果进行了对比，并引入优化率对计算结果进行总体评价，结果表 明优化设计v03 在高转速工况和低转速工况的优化率分别达到了 28.7%和 38.4%，发动机缸内 混合气的形成过程得到了明显的改善。 关键词：CFD ；缸内直喷；燃烧室设计；优化 主要软件：AVL FIRE Chamber Structure Optimization for a GDI Engine Based on CFD Methods Xinchen Ling ，Bo Cao，Kai Chen Pan Asia Technical Automotive Center Co. Ltd ，NO.3999, Longdong Avenue, Shanghai, China [Abstract] CFD models for in-cylinder flow and spray processes of a GDI engine were established in AVL FIRE. Numerical studies were carried out and the in-cylinder processes of different chamber structure designs were analyzed. Calculation results of different design were then evaluated through eight aspects including tumble, swirl, in-cylinder equivalence ratio fraction and et al. Finally, optimization rate was introduced to summarize the effect of the optimization designs. Evaluation results showed that optimization rate of design v03 reached as high as 28.7% and 38.4% for high speed and low speed engine conditions, which indicated that this type of design performed best in improving the in-cylinder mixture formation process. Keywords: CFD; Direct Injection; Design of Chamber; Optimization Software: AVL FIRE 1. 前言 随着排放及油耗法规的日益严苛，采用更高压缩比和汽油缸内直喷技术的发动机受到了越 [1][2] 来越多的关注 。 在新一代的发动机燃烧系统开发过程中，需要考虑燃烧室及进排气系统的设计，喷油器的 选型和布置，气门正时及喷油相位等因素[3] 。在此过程中，通过合理的、流程化的CAE 分析过 程，可以大幅降低燃烧系统的开发周期。本文以一款高压缩比的直喷汽油机为对象，通过CFD 模拟计算，研究了不同燃烧室设计对缸内流动、喷雾过程以及混合气形成的影响。提出了基于 滚流、旋流、缸内当量比分布等八项指标的燃烧室设计评价体系，并以此对计算结果进行了分 析，获取了最优的燃烧室设计方案。 2. 缸内过程计算模型 整个发动机循环计算过程从排气时刻开始，包括排气、扫气、进气、压缩四个阶段。计算 区域的模型及计算工况如图 1 所示，其中为了增强计算的收敛性，分别将进气入口和排气出口 延长了 30 mm 。根据实际进排气门升程曲线和活塞运动规律，通过 AVL