壁面引导式二冲程LPG直喷增压发动机燃烧过程的解析

发布时间：2020-07-15 16:29

【摘要】：随着科学技术的迅速发展、人类社会的不断进步,全球汽车保有量也逐年上升。为响应国家关于节能减排的号召,本文对缸内燃烧技术进行了进一步研究,用AVL FIRE软件数值解析了壁面引导式二冲程LPG直喷增压发动机的燃烧过程。本文首先介绍了壁面引导式燃烧系统的具体布置结构及工作原理,并据此建立了燃烧系统的网格模型。其次,为缩短计算时间、提高工作效率,使用CHEMKIN对LPG化学反应机理进行了简化,将包含155种组分和689个方程式的详细机理模型简化成包含32种组分和69个方程式的简化机理模型,验证简化机理模型的有效性并将其耦合到FIRE中。同时,为了使研究结果更加准确,本文对自由喷雾、缸内混合气及燃烧模型的可行性进行验证。对比实验结果与计算结果发现其结果基本一致,从而证明该计算方法与计算模型均可行。在完成上述前期工作后,本文对大负荷工况(4800 rpm,80%负荷)、冷启动-暖机工况(2000 rpm,20%负荷)下均质混合气的形成过程及部分负荷工况(4800rpm,50%负荷)下分层混合气形成过程进行了数值解析。结果表明,大负荷工况(4800 rpm,80%负荷)下45°CA ABDC喷油、冷启动-暖机工况(2000rpm,20%负荷)下50°CAABDC喷油、部分负荷工况(4800rpm,50%负荷)下55°CA BTDC喷油在压缩冲程后期气缸内形成的均质混合气最理想。在前期形成理想混合气的基础上,本文又对部分负荷工况(4800rpm,50%负荷)及冷启动-暖机工况(2000rpm,20%负荷)下缸内混合气的燃烧及排放过程进行了数值解析。结果表明,冷启动-暖机工况(2000 rpm,20%负荷)下20°CA BTDC点火,放热率峰值最大,发动机燃烧特性最好;部分负荷工况(4800rpm,50%负荷)下,25°CA BTDC点火,放热率峰值最大,燃烧特性最好;通过对比不同工况下混合气燃烧情况可知,发动机缸内平均压力及放热率大体趋势相同,但由于喷油量等因素的影响导致平均压力及放热率的大小有所不同,均质燃烧的缸内平均压力及放热率明显大于分层燃烧。点火时刻对CO、CO_2和NO的排放量有一定影响,在一定范围内适当推迟点火时刻有利于降低CO、CO_2和NO的排放量。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464
【图文】：

燃油供给系统,化油器,动力性,主流

图 1.1 燃油供给系统的发展纪 80 年代前，化油器式凭借成本低、动力性高等优点成为国内式[18]。但随着排放法规的日益严格，化油器的劣势逐渐显现。系统的控制精度低且燃料不易充分燃烧，对环境造成污染日益下，进气道喷射式燃料供给系统应运而生，并且逐渐取代化油成为国内外主要燃料供给方式。进气道喷射主要采用电子控制发动机空燃比[19]，控制精度较高，形成的混合气较好。而且，方式喷油能提高燃料的利用率，明显改善发动机排的放性能。进步，进气道喷射式供给系统也逐渐无法满足人们对燃油经济越多的专家学者开始研发新型燃料供给系统。各专家学者在柴的基础上，完成大量实验研究，经过反复摸索，终于于 2000喷射[20]的观点。这种喷射方式充气效率高，能在一定范围内最气稀燃界限，减少燃油消耗量，它的兴起代表着发动机燃油供

机械增压,结构示意图

图 1.2 机械增压结构示意图种增压系统中的压气机和发动机匹配较好，结构也相对紧凑，在发且增压比小于 1.6 的场合增压效果最好。过分析机械增压与涡轮增压的优缺点发现：发动转速低时，机械增比涡轮增压强。而且机械增压的瞬态响应性比排气快，不会干扰排能良好。此外，机械增压系统由于具有结构简单、成本低等优点，机上应用的效果更好。因此，根据课题的实际研究情况，本文研究机的增压方式为机械增压。压比指压缩后的空气压力与压缩前的空气压力的比值，主要与发动态特性和机械强度等因素相关。本文在充分考虑课题实际的情况下文献资料、经过严格的理论分析与计算确定供研究使用的增压发动 1.3。内容

过程图,燃油喷射,过程,液滴

图 2.1 燃油喷射过程滴蒸发模型料进入气缸后在高温高压的环境下受热蒸发是混合气形成的关键环节，蒸发程度又将直接影响发动机的点火性能和排放性能[33]，因此，选择正蒸发模型是十分有必要的。常见的蒸发模型主要有 Multi-componenicz 、Abramzon 和 Spalding 等，这些模型主要引入了以下基本假设:1）每个小液滴都由一系列具有相同性质的更小的小液滴组成，假设这的直径、速度、温度以及运动轨迹都相同。2）假设液滴周围气膜稳定且液滴周围流体的物理性质也是一致的。3）假设液滴是球对称的，且液滴之间不存在相互作用。4）假设网格单元中的液滴对气体的作用相同，液相与气相间的质量、量的转化主要是通过粒子间的相互运动、传热以及蒸发实现的。5）假设在液滴表面的气体和液体处于热力学平衡状态。

【参考文献】