汽油机小气门升程下缸内滚流运动对残余废气空间分布的影响.pdf

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：094219 汽油机小气门升程下缸内滚流运动对残余 废气空间分布的影响1 2 3 申孟芹 谢辉 赵华 （天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室 300072 ） (联系电话申孟芹；E-mail：mengqin_shen@yahoo.cn) 摘要：利用全可变气门机构实现基于内部残余废气的HCCI 燃烧，通过调节进排气门的升程和相位，可 以改变换气过程，进而影响缸内流场分布，最终造成压缩后期残余废气及温度分布的差异。本研究主 要关注汽油机小气门升程下，缸内滚流运动对缸内残余废气及温度分布的影响。仿真结果表明，滚流 比积分值增大，缸内混合程度加强，剧烈的混合使得接近压缩终了时残余废气浓区的特征浓度差以及 高温区的特征温差减小。进气门升程增大时，排气门侧涡团尺度增大，使得压缩后期高温区以及残余 废气浓区向进气门侧和活塞顶方向移动。 关键词： 进气门控制，流场特性，温度分布，残余废气分布 0 前言 HCCI 汽油机燃烧过程受缸内混合气热物性和流动特性的影响，可变气门机构能够 通过调节气门运动特性来控制进排气过程。排气门参数决定了缸内残余废气量的多少以 及进气门开启时刻的缸内压力，影响再循环的缸内混合气热物性以及进气过程。不同的 进气门升程以及进气门定时的组合可以进一步影响换气过程和进气过程中的流动特性， 进而影响新鲜充量与缸内残余废气的混和过程，影响和控制汽油机HCCI 燃烧。 混合物的不均匀性在HCCI燃烧中起着重要作用。Magnus Sjöberg 、 John E. Dec等 人的研究表明，热分层可以有效扩大HCCI 的上负荷边界[1] 。英国Brunel大学的Hua Zhao 、 Li Cao等人[2]应用KIVA软件针对若干组不同的进气门相位下HCCI混合气形成以及燃烧 的影响进行研究，发现进气门相位对缸内残余废气率和温度均匀性存在影响。作者课题 组的前期工作也显示，改变进气门的开启定时和升程，会对缸内残余废气及温度的分布 造成一定的影响 [3] 。故如何合理及有效地利用气门参数实现不均匀性分布成为实现汽油 机HCCI燃烧过程的控制的有效手段之一。 本研究采用Star-CD 软件对进气以及压缩冲程中气道以及缸内的流场进行模拟，在 固定排气门控制参数的前提下，选取进气门升程和相位不同组合，主要关注不同进气模 1 基金项目：国家自然科学基金资助项目）；国家重点基础研究发展规划项目 (2007CB210004) 。 2 作者简介：申孟芹，女，硕士研究生； 3 通讯作者：谢辉，男，教授，博士生导师，研究方向：新一代内燃机燃烧理论与发动机电子控制技 术，E-mail ：xiehui@tju.edu.cn 。 式下流场的变化，及由此引起的相应的残余废气分布、分层，分析进气门参数对缸内残 余废气率和温度均匀性的影响。目的在于通过不同模式下进气门运动的管理，探寻实现 再循环废气与新鲜冲量之间合理掺混的控制方法，为合理有效控制发动机工作过程提供 基础理论。 1 模型建立 1．1 几何模型 表1 发动机模型基本参数 缸径（mm ） 冲程（mm ） 压缩比 转速（r/min ） Lambda 进气压力 节气门开度 90 87 10.23 2000 1 自然吸气 WOT 本研究的计算对象以天津 大学开发的 HCCI/SI 双模式汽