gdi发动机缸内喷雾场仿真研究

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1、GDI发动机缸内喷雾场仿真研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：张恩源指导教师：阮登芳教授专业：车辆工程学科门类：工学重庆大学汽车工程学院二O一五年五月SimulationonIn-cylinderFuelSprayandMixedGasFormationofGasolineDirectInjectionEngineAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegr

2、eeofEngineeringByZhangEnyuanSupervisedbyProf.RuanDengfangSpecialty:VehicleEngineeringCollegeofAutomotiveEngineeringChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要缸内直喷(GDI)与传统的气道喷射汽油机相比，燃油能够得到精确控制，油耗下降约35%。缸内直喷发动机将燃油直接喷入气缸，油滴蒸发主要依靠从空气中吸热而不是从壁面吸热，使混合气的温度

3、和体积下降，从而提高发动机的充气效率，降低爆震倾向。但是，GDI发动机燃油混合时间短，缸内混合气混合状况直接制约着GDI发动机性能，是GDI发动机的技术难点。油气混合过程主要受喷油器本身特性、喷射位置、喷射角度、缸内湍流运动、燃烧室形状以及喷油策略等因素的影响。本文基于Star-CD软件，对GDI发动机在均质混合燃烧模式下的混合气形成与控制进行了研究，主要研究内容及结论如下：①根据实验数据对燃油喷雾破碎模型进行标定。首先，对喷雾试验测试工况进行了确定，包括喷雾试验中高压定容器的背压、温度以及喷油器喷射参

4、数的确定。其次，建立了喷雾试验中高压定容器的几何模型，并划分网格；最后选取合适的喷雾破碎模型，并对喷雾破碎模型中的参数进行调整，将模拟得到的喷雾图像以及贯穿距同试验值进行对比，最终确定了喷雾模型参数。标定结果表明，在贯穿距、喷雾形态和喷雾锥角方面，模拟结果与实验数据具有较高的吻合度，能够作为后续章节缸内的喷雾计算。②采用Star-CD软件，建立了发动机缸内流场及喷雾场仿真分析模型，分析了喷油器安装位置、安装角度、喷油始点以及燃烧室形状对缸内混合气形成过程的影响，所得结论如下：1）喷油器安装位置布置在进气

5、侧要优于布置在进排气门中部和排气侧。在点火时刻，喷油器安装在进气侧和进排气门之间，都能在火花塞附近形成稳定着火的可燃混合气，而喷油器安装在排气侧则不能在火花塞附近形成稳定着火的可燃混合气。对混合气均匀性而言，中部喷射位置最差，进气侧喷射与排气侧喷射的均匀性相当；混合气分层而言，排气侧喷射能形成垂直分层混合气，中部喷射能形成径向分层混合气，但分层均不能满足越靠近火花塞处越浓的理想情况。2）三种喷油器安装角度方案中，方案二的最好，在点火时刻，混合气均匀性最好，在火花塞附近能形成稳定着火的可燃混合气；方案三中

6、，喷油器安装角度大，燃油蒸发速度快，但在点火时刻混合气局部偏浓；方案一中，喷油器安装角度小，此时不能充分利用缸内气流运动的卷吸作用来加速燃油的蒸发，从而导致过多的燃油撞击缸壁和活塞头部。3）随着喷油时刻的推迟，燃油到点火时刻时混合气均匀性变差，进气侧混合气越来越浓，排气侧混合气越来越稀，同时缸套上最大燃油累计湿壁量不断增加。I重庆大学硕士学位论文故喷油始点的选取应在进气过程的初期为宜，这样能给燃油混合提供较长的混合时间。4）在平顶活塞头部设计凹坑，利用凹坑对气流的引导，从而加速燃油的蒸发混合速度，且在点

7、火时刻，带凹坑活塞头部燃烧室内混合气更加均匀。关键词：喷雾，贯穿距，空燃比，碰壁，GDI，Star-CDII英文摘要ABSTRACTComparedtoconventionalportfuelinjectiongasoline,directinjectiongasolinecanpreciselycontrolfuelinjectquantityleadingtothefuelconsumptiondecrease35%.Directinjectiongasolineinjectsthefuelinto

8、cylinderdirectly.Fuelvaporsbyabsorbingheatthroughairratherthancylinderwall,whichcanimprovevolumetricefficiencyanddecreaseknocking.But,GDIenginehasshortfuelairmixingtimeresultinimpropermixingcondition.Toachieverequiredin_cy