缸內(nèi)直噴汽油機(jī)噴霧及微粒排放特性仿真研究.pdf

1、缸內(nèi)直噴技術(shù)(GDI，Gasoline Direct Injection)因其在動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及排放性等方面存在優(yōu)勢，已成為目前車用汽油機(jī)廣泛采用的主流技術(shù)。近年來隨著顆粒物(PM，Particulate Matter)的概念進(jìn)入公眾的視野，汽車尾氣環(huán)保問題受到了更加密切的關(guān)注。相較于傳統(tǒng)進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)由于其具有油氣混合時(shí)間較短和混合不充分的特點(diǎn)，PM排放性能較差。最新的歐洲排放法規(guī)中已對缸內(nèi)直噴汽油機(jī)顆粒物質(zhì)量排

2、放與數(shù)量排放提出了雙重限值要求，給GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)帶來了更大的挑戰(zhàn)。本文基于仿真分析平臺(tái)，對一臺(tái)1.6L缸內(nèi)直噴汽油機(jī)進(jìn)行了微粒排放特性與控制的CFD優(yōu)化研究，通過優(yōu)化噴油策略，改善發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)混合氣的形成過程、壁面油膜量以及顆粒物排放性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)參數(shù)，運(yùn)用STAR-CD等軟件建立了GDI汽油機(jī)仿真平臺(tái)。調(diào)整ECFM-3Z燃燒模型中的α、β經(jīng)驗(yàn)參數(shù)及初始火核半徑大小，對缸壓曲線進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果

3、顯示仿真值與試驗(yàn)值吻合。以可視化噴霧試驗(yàn)作為依據(jù)，調(diào)整所建噴霧模型中的初次破碎、二次破碎、及碰壁子模型參數(shù)。噴霧模型標(biāo)定結(jié)果顯示:噴霧形態(tài)、噴霧錐角、貫穿距及索特平均直徑與試驗(yàn)結(jié)果相符，誤差在合理的范圍之內(nèi)。⑵從缸內(nèi)微粒排放性能角度出發(fā)，在標(biāo)定后的模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了噴油策略優(yōu)化研究，發(fā)現(xiàn)缸內(nèi)顆粒物的生成與油氣混合質(zhì)量及壁面油膜生成情況密切相關(guān)。⑶相較于單次噴油策略，兩次噴油能夠明顯改善缸內(nèi)混合氣形成質(zhì)量、壁面油膜生成情況及缸內(nèi)顆粒物排放性

4、能。缸內(nèi)顆粒物質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著第二次噴油比例的增加先降低后升高;當(dāng)燃油分配比例為65％∶35％時(shí)的缸內(nèi)壁面油膜生成情況與微粒排放性能最佳。⑷較早或較晚噴油均會(huì)導(dǎo)致壁面油膜量增大，引起缸內(nèi)顆粒物排放的升高。單次噴射策略下缸內(nèi)顆粒物質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨噴油時(shí)刻的推遲呈先增后減的趨勢;SOI1位于滾流比峰值出現(xiàn)前的時(shí)刻時(shí)對滾流運(yùn)動(dòng)的影響較大;當(dāng)SOI1為283.5℃ABTDC時(shí)，缸內(nèi)壁面油膜生成情況與微粒排放性能最佳。⑸兩次噴射策略下缸內(nèi)顆粒物質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨第