基于汽油直喷压燃燃烧模式的缸内燃烧组织优化三维模拟研究

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1、分类号学号M201270959学校代码10487密级硕士学位论文基于汽油直喷压燃燃烧模式的缸内燃烧组织优化三维模拟研究学位申请人：黄冠宇学科专业：动力机械及工程指导教师：郎静副教授答辩日期：2015年5月21日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineering3-DimensionalSimulationResearchonCombustionOrganizationOptim

2、umforGasolineDirectlyInjectionEngineCandidate:HuangGuanyuMajor:PowerMachineryandEngineeringSupervisor:Asso.Prof.LangJingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,21,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内

3、容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用

4、本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要由于能源和环境的双重压力，内燃机必须向高效清洁的燃烧模式发展，来应对日益严格的排放法规和主机厂对成本的控制。近年来各大研究机构对于压燃燃烧模式的改进研究结果表明，通过配合进气、喷油以及EGR等可变手段的调节，压燃燃烧方式除柴油以外，还可适用于如汽油和天然气等不同种类的燃料。其中汽油压燃燃烧（GCI）方式，由于其直接可燃用市售汽油燃料、能够达到甚至超过柴油机燃烧效率、极低的

5、碳烟（Soot）排放等优点，成为一种潜在的可商用化的下一代燃烧模式。部分预混压燃燃烧（PPCI）采用缸内直喷长滞燃期燃料，通过早喷或晚喷使燃料在缸内燃烧之前全部喷入缸内，并进行一定程度的混合，实现喷雾和燃烧过程的分离。该燃烧方式和均质压燃燃烧（HCCI）不同，着火更依赖于混合气的分层。因此，PPCI燃烧的着火时刻可以通过对喷油时刻的控制来进行调整，燃烧更加可控。本文的研究基于一台ZH1130柴油机，采用AVLFIRE软件建立缸内燃烧三维模拟计算模型，通过模拟计算手段分析了包括进气、喷油方式及其与燃烧室的匹配参

6、数对于汽油直喷压燃燃烧模式的影响。研究内容和结果如下：考虑进气气流流动特性对燃烧的影响：适当的缸内气流运动强度可优化燃烧着火时刻，开式燃烧室由于无法形成较强的缸内挤流运动，不利于着火的发生，“ω”形燃烧室可以产生较强挤流运动，有利于着火；涡流比在1~2范围内对于燃烧影响区别不大，但进一步增加涡流比会导致燃烧滞燃期增加，混合气混合更加充分，放热过程过快，NOx排放恶化，排温提高同时热效率下降。考虑喷油位置对燃烧的影响：喷油嘴位置和喷油夹角会改变喷雾射流和缸内气流的相对位置，这个影响会改变喷射油滴的蒸发和混合气的

7、扩散，并改变着火时刻的最大湍动能大小。考虑进气充量的组成并配合适当的喷油时刻对燃烧的影响：在不使用进气掺混EGR并调整喷油时刻的情况下，燃烧效率和NOx排放并不能通过上述参数的调整同时达到一个理想值，通过调整EGR和喷油相位可以同时保证较高燃烧效率并明显降低NOx排放；由于PPCII华中科技大学硕士学位论文模式下汽油着火对混合气浓度和湍动能的要求，本文设计了进气节流模式下的缸内燃烧模拟计算模型，结果表明，配合喷油时刻的调整以及进气温度的略微提升，在不掺混EGR的条件下可以实现较低NOx排放并且能保证一定燃烧效

8、率；多次喷射的模拟结果表明单一考虑喷油时刻及喷油策略的调整对于燃烧有一定影响，但无法改变输出功率和NOx排放的“此消彼长”的关系，真正要避开“当量比-温度”图上的NOx生成区域仍然需要靠进气掺混EGR来稀释混合气。本文研究结果表明，在汽油直喷压燃燃烧模式下，EGR和进气节流都有明显的降低NOx排放的能力，配合喷油控制，能够保证在效率没有明显下降的同时实现国五排放。该研究结果能够为下一步汽油以及其他高