二冲程汽油机分层扫气性能数值模拟研究.doc

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1、二冲程汽油机分层扫气性能的数值模拟研究 文华，刘永长，魏明锐（华中科技大学能源与动力工程学院）【摘要】：本文简述了二冲程汽油机常用的两种分层扫气方式—空间分层和时间分层的工作原理，并采用CFD程序对小型二冲程汽油机分别采用均匀扫气和这两种分层扫气方式时的换气过程进行了多维模拟计算。计算结果的比较表明，相对于均匀扫气方式而言分层扫气方式具有燃油短路损失小的优点，但对扫气性能没有明显的影响，且燃油的混合不如均匀扫气充分。关键词:二冲程汽油机 分层扫气 数值模拟NumericalStudyofStratifiedScavengingPerformanceofTwo-St

2、rokeGasolineEngineWenHua LuiYongchang WeiMingrui(EnergyResourcesandPowerEngineeringSchool,HuazhongUniversityofScience&Technology)Abstract: Thispaperdescribedtheprincipleoftwokindsofstratifiedscavengingmethodusedintwo-strokegasolineengine,namelyspatialstratificationandtimelystratificat

3、ion.ACFDprogramwasusedtosimulatethegasexchangeprocessofthreescavengemethods,uniformscavengingmethodandformertwoones.Theresearchresultsshowthatstratifiedscavengingprocesscouldreducethefuelshort-circuitingloss,buthardlyeffectonscavengingperformance,andfuel-airmixturewasnotuniform,compar

4、ingwiththatofuniformscavengingmethod.Keywords: two-strokegasolineengine;stratifiedscavenging;numericalsimulation一.引言小型二冲程汽油机由于具有结构简单、轻巧易操作和比功率高等优点，目前仍广泛应用于割草机、小排量摩托车等小型动力机械[1]。然而其扫气过程中短路损失造成大量的新鲜充量直接从排气口流失，使得二冲程汽油机的比油耗和HC排放量与四冲程汽油机相比高出许多，从而阻碍了二冲程汽油机的广泛应用。分层扫气技术通过合理地组织扫气，用稀混合气或空气将浓混合气和

5、废气隔离开，阻止新鲜混合气直接从排气口流出。采用这一技术可以有效的解决上述问题，不仅成本低，同时还能保留二冲程汽油机结构简单的优点，所以其应用较为普遍。本文介绍了目前常用的两种分层扫气方式，采用计算流体力学的方法模拟发动机分别采用两种分层扫气方式时的气体流动过程，并对计算结果进行了分析。二.分层扫气方式化油器化油器簧片阀排气口进气道空气扫气口混合气扫气口扫气口火花塞排气口储气通道(a)空间分层          (b)时间分层图1分层扫气方式的结构示意图 近二十年来，关于二冲程发动机分层扫气的方式已有不少专利和论文[1-3]。统观过去的这些文献，根据空气和混合气流

6、入气缸方式的不同，可以粗略地把分层扫气方式分为空间分层和时间分层两类，它们的结构如图1所示，两种方式都需要设置两个进气口，一个吸入空气，另一个带有化油器,吸入浓混合气。在空间分层扫气方式(a)中，空气通过簧片阀直接进入曲轴箱，浓混合气则进入与曲轴箱和气缸相通的储气通道，储气通道的体积应使浓混合气不进入曲轴箱为宜。当活塞下行时，压缩曲轴箱内的空气使其通过空气扫气口进入气缸，同时也作用在储气通道内的浓混合气上使其通过混合气扫气口进入气缸，通过合理布置两组扫气口的位置，使浓混合气尽量贴着远离排气口的气缸壁面流动，使空气射流挤压浓混合气向壁面流动,同时也将浓混合气与废气隔

7、离开，在空间上形成分层。在时间分层扫气方式(b)中,浓混合气直接进入曲轴箱，空气通过簧片阀后在扫气口附近吸入储气通道，换气过程开始后，位于储气通道前端的空气先流入缸内清扫废气，而后浓混合气才流入，利用时间上的先后在缸内形成分层流动。两种分层方法都是利用空气充当扫气时的短路损失，避免部分燃料直接排出缸外，从而达到节油和降低HC排放的目的。三.模拟研究方法小型二冲程汽油机通常工作在高速工况下，缸内和扫、排气口附近的气体流动呈现出十分复杂的三维流动特征。通过实验的方法测量气体流动及其内部各组分浓度的分布是非常困难的。随计算流体力学（CFD）和计算机技术的发展，CFD方法

8、已经逐步成