汽油机均质压燃燃烧的模拟的研究.pdfVIP

汽油机均质压燃燃烧的模拟研究 秦静谢辉赵华 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室 摘要通过大量试验数据总结出一个适用于CAI燃烧的放热率模型，应用于 GT—Power模拟软件并结合自行开发的凸轮型线自动生成模块，研究了进、排气门定 时及升程等参数对CAI燃烧边界条件的影响。研究表明，着火前温度随缸内残余废 气的增加而增加：残余废气量随排气门关闭推迟成单调减函数，由于回流的缘故随 进气门关闭推迟成先减少后增加的趋势；在小升程气门时，排气门升程对负荷影响 较大。 关键词 CAI放热率模型 残余废气 着火前温度 负荷 i前言 CAI(HCCI)作为高效低排放的一种新的发动机工作方式而备受内燃机界的高度关注。 然而，CAI燃烧目前还存在着运行工况范围窄及着火难以控制等困难。通过进气加热，高压 缩比和可变气门定时可以进行CAI燃烧。研究证明采用可变气门机构进行CA]燃烧研究是确 实可行的[J，2，31，需要进行详细的气门控制参数的影响规律的研究。 一维CFI)主要用于模拟发动机换气过程和基于经验公式的单区燃烧模型、传热模型，计 算时间很短。本研究着重于了解气门定时及升程对CAI燃烧的影响规律，提出实现稳定CAI 燃烧的控制策略，因此，使用一维CFD软件进行模拟研究。本文通过大量试验数据总结出一 个CAI放热率公式并应用于一维cFD软件GT．Power，结合自行开发的凸轮型线模型，研究 气门定时及升程对CAl燃烧的影响。 2 CAI燃烧放热率模型及发动机模型 现有的放热率模型有模拟汽油机均匀混合气火焰传播的韦伯模型和描述直喷柴油机的 Whitehouse模型和Watson函数[4．5】。由于CAI燃烧结合了汽油机均质和柴油机压燃的特 点，因此需要总结出一个适用于描述CAI燃烧特点的放热率模型。由Watson函数可知： 分比； 041056 ，l(r)为预混合燃烧函数：，l(f)=1-(1一r。”。)铆 ，2(f)为扩散燃烧函数：f2(t)=l—exp(一Cdt‘f““。 假设CAl燃烧为完全均匀混合，忽略扩散燃烧项，燃烧关系式为 mfb(t)=一(t)=l一(1一f啊)勺2 通过试验数据拟合出Cpl和Cp2，并将其表示为残余废气百分比和空燃比的函数[6】， rate)2+k3×(1ambda)2 rate)2+k6× Cpl=k1+k2×(Residaul Cp2=k4+k5x(Residual (1ambda)3 发动机模型选用Ricardo hydra发动机，基本参数如下： 缸径 86mm 连杆长 143nm 进气门持续期 120CA 冲程 86ram 压缩比 10．44 排气门持续期 110CA 为简化研究过程，本文中保持发动机转速为1500r／min，九=1不变，研究定时的影响时 mm。 mm和1．3 保持进、排气门最大升程分别为1．5 3气门控制参数对CAI燃烧边界条件的影响 1．进、排气门定时对缸内残余废气的影响 首先研究了进、排气门定时对CAI缸内残余废气率的影响规律。保持进气门开启角度 CA 445CA CA，；保持排气门关闭角度238 ATDC不变，排气门关闭角度范围为218CA～258 CA一475CA。 ATDC不变，改变进气门开启角度425 图I表明缸内残余废气量随排气门关闭推迟成单调减函数，而随迸气门关闭推迟成先减 少后增加的