缸内直喷发动机快速起动首循环喷雾的数值模拟.pdf

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1、第6期(总第209期)车用发动机No．6(Seria1No．209)2013年12月VEHICIEENGINEDec．2O13缸内直喷发动机快速起动首循环喷雾的数值模拟韩立伟，洪伟。，高定伟，苏岩。，谢方喜。(1．长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定071000；2．河北省汽车工程技术研究中心，河北保定07l000；3．吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，吉林长春l30022)摘要：基于某缸内直喷(GDI)发动机建立了三维模拟平台，并对喷雾模型进行了验证，进而对GDI发动机起动时第2缸的喷雾和混合气形成进行了数值模拟，分析了不同喷油策略下压缩上止点时混合气的空燃比分布和着火情况，并

2、与试验结果进行了对比分析。研究结果表明：喷油时刻距离上止点相对较远或者在上止点附近时，混合气在压缩上止点倾向于自燃；若混合气偏稀，即使喷油时刻在距离上止点相对中间的位置时，混合气仍倾向于自燃。通过试验结合数值模拟的方法，分析并指出了第2缸在不同喷油策略下发生自燃、可以点燃和失火的区域。关键词：发动机；缸内直喷；喷油策略；喷雾；自燃；数值模拟DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2013．06．002中图分类号：TK413．8文献标志码：B文章编号：1001-2222(2Ol3)06—000707发动机采用起动一停止技术，即车辆怠速时熄温度相对不高，几乎不会发生自燃

3、；而第2缸经历了火，起车时迅速起动的技术，能够有效降低城市工况一个完整的压缩冲程，有效压缩比较大，加上其较高下整车的排放和燃油消耗Ll。的进气温度，其混合气自燃(在火花塞跳火前发生自起动一停止技术对发动机的起动速度要求相对燃)的可能性极大；第3缸和后面各缸因为经历了较高。传统发动机起动因为需要判缸同步等过程，完整的进气冲程，吸人了温度较低的外界空气，所以所以其首次着火最快要发生在首循环的第3或即使有效压缩比较大，发生自燃的可能性也不大。第4个冲程后，起动速度相对较慢。而缸内直喷发由于第2缸较大概率的自燃对起动极为不利，动机的判缸同步可以在停机过程中完成l3]，起动时基于以上原因，本研

4、究着重研究第2缸，通过软件可以在其首循环的第1个冲程结束时着火，实现快Fire对其压缩过程中的喷雾和混合气形成情况进行速起动。本研究把发动机停机后静止状态时处于压数值模拟与理论分析，并找出理想的喷油控制策略，缩冲程的气缸定义为第1缸，按照点火时序排列，后然后通过试验研究指出该缸不同喷油策略下发生自面的3个气缸依次定义为第2缸、第3缸和第4缸。燃、可以点燃和失火的区域，为实现起动一停止技术当发动机起动时，起动机拖动发动机转动的同时，的快速起动提供一定试验数据和理论指导。第1缸喷油器向缸内喷油，当活塞压缩移动到上止1数学模型和模型验证点时点火，第1缸燃烧做功；然后第2缸进入压缩冲程，当活

5、塞压缩移动到其上止点时点火，第2缸燃烧1．1网格模型做功；同样，后面各缸依次喷油点火做功。在这个过本研究针对三菱公司的程中，因首循环第1个压缩冲程就着火，从而实现快4G15GDI汽油机建模并选取速起动，但是由于发动机热机停止，滞留在气缸和气计算参数，发动机主要参数见道内的气体直接受到高温气缸壁、气缸盖的加热，温表l。同时，基于该发动机活度要高于普通工况进入气缸内的气体温度，所以在起塞的实际几何尺寸，构建了模动时着火的初始边界条件具有特殊性。经过前期研拟过程所用的物理模型，图1究可知，起动时第1缸活塞处于某一位置，当其压缩示出了其计算网格。图l气缸网格模型移动到上止点时，其有效压缩比相

6、对较低，从而缸内收稿日期：201304I8；修回日期：2013i02l基金项目：“863”国家高技术研究发展计划项目(2012AA111702)作者简介：韩立伟(1979一)，男，工程师，主要研究方向为内燃机工作过程优化与控制；hanliweiwin@126．corn。2O13年l2月韩立伟，等：缸内直喷发动机快速起动首循环喷雾的数值模拟·13·附近混合气均会失火，而在上止点附近时发产生EffectsofIntakeFlowStructuresonFuel／AirMixing自燃。inaDirect—injectedSpark—ignitionEngine[C]．SAEPa—per9

7、61192，1996．参考文献：[6]王燕军，帅石金，雷小呼，等．汽油高压旋流喷雾的数值模拟和试验研究[J]．汽车工程，2004，26(6)：632—634．[1]JohnBishop，AshokNedungadi，GregoryOstrowski，etE7]HanZ，FanI，ReitzR．MuhidimensionalModelingofa1．AnEngineStart／StopSystemforImprovedFuelE—SprayAtomizati