对置活塞二冲程直喷汽油机缸内工作过程仿真研究

发布时间：2018-01-18 01:30

本文关键词：对置活塞二冲程直喷汽油机缸内工作过程仿真研究　出处：《北京理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：对置活塞二冲程直喷汽油机凭借着高功率密度和平衡性好等优点,引起国内外科研机构的广泛关注。对置活塞二冲程汽油机是一种往复式内燃机,其缸内工作过程与传统汽油机不同,对于其工作过程的研究尚未深入展开。本文以对置活塞二冲程直喷汽油机为研究对象,采用数值仿真的方法,开展了对置活塞二冲程直喷汽油机的缸内工作过程仿真研究。本文根据对置活塞二冲程汽油机的结构特点和工作原理,建立了发动机仿真计算模型,进行了缸内工作过程的仿真研究,主要研究工作如下:探索了对置活塞二冲程汽油机缸内气流运动的组织方法,提出了采用进气口倾角组织缸内涡流运动和气腔结构组织缸内滚流运动的方法,并分析不同进气口倾角和不同进气腔结构对工作过程的影响。结果表明:进气口倾角的增大能增强缸内的涡流运动,倾角每增加10°,涡流比约增加0.5。涡流能够提高缸内的湍流和湍动能,并有利于油滴的破碎和扩散,但涡流运动过强会加剧油滴的互相碰撞和碰壁。当进气口倾角为10°时,缸内气流运动和混合气形成质量最为理想。非均匀进气腔能够在缸内组织大尺度的滚流,滚流运动能够提升缸内的湍动能,改善油气混合过程,滚流对扫气效率有一定影响。结果表明:采用非均匀进气腔结构更能满足对置活塞二冲程汽油机对缸内工作过程的需求。分析了喷油参数(喷油方向、喷油时刻、喷油压力和喷油策略)对混合气形成过程的影响,结果表明:喷油方向直接影响了混合气的分布情况,增大排气侧喷射夹角?会导致燃油蒸发率降低,而增大进气侧喷射夹角?有利于提高缸内混合气的均匀度。提早喷油时刻可以保证燃油与空气有更多的混合时间,改善点火时刻的混合气形成质量,但是喷油提前角受燃油短路限制。喷油压力能够影响油束的贯穿距离和初始液滴的大小,喷油压力的提高有利于液滴的扩散,但是导致碰壁现象加剧。在部分负荷工况,通过两次喷射策略可以改变缸内混合气的分布情况,第二次喷油占总喷油量的比例主要影响分层混合气浓区的分布情况,而第二次喷油时刻主要影响缸内混合气均匀程度。当二次喷油时刻为90°CA TDC,二次喷油量比例为20%时,缸内形成了火花塞附近较浓、周围偏稀的分层混合气分布。探索了对置活塞二冲程汽油机的燃烧速度,分析了火花塞数目和混合气模式对燃烧特性的影响。研究结果表明:增加火花塞数目有利于组织快速燃烧,缩短燃烧持续期,但随着火花塞数目增加,其影响作用减弱,并且火花塞数目过多会导致燃烧后期火焰面干涉。对置活塞二冲程汽油机采用对称分布的双火花塞较为合理,其缸压峰值比单火花塞位置提前5~6°CA。在缸内混合气整体稀薄的条件下,采用两次喷油策略以在缸内形成分层混合气,能够有效改善缸内燃烧。相同转速时,采用分层稀混合气相比均匀稀混合气的火焰发展期缩短了约30%,快速燃烧期缩短了约15%,燃烧的等容度提高,热效率增加。本文的研究结果在一定程度上有助于加深对对置活塞二冲程直喷汽油机工作过程的理解,并可以为该类型发动机的优化设计提供参考。
[Abstract]:In this paper , the influence of different inlet angle and different inlet cavity structure on the working process of piston two - stroke direct - injection gasoline engine has been studied . The results show that the increase of air intake angle can increase the turbulence and turbulence kinetic energy in cylinder and improve the gas mixing process . The results show that the oil - injection pressure can increase the turbulence and turbulence kinetic energy in cylinder , and improve the fuel oil - gas mixing process . The results of this paper are helpful to deepen the understanding of the working process of the two - stroke direct injection gasoline engine and provide a reference for the optimum design of the engine .

【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK411

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