發(fā)布時間：2017-09-20 16:15

  本文關鍵詞：直噴汽油機冷啟動工況壁面油膜特性及其對碳煙排放的影響研究

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【摘要】：汽油缸內直噴(GDI)在改善經(jīng)濟性和動力性等方面有較大優(yōu)勢,已經(jīng)成為內燃機發(fā)展的主要方向之一。GDI發(fā)動機將燃油直接噴射到氣缸內,不可避免的引起噴霧撞壁。噴霧撞壁有利于油滴的二次破碎,但也容易形成壁面油膜,在冷啟動階段表現(xiàn)的更加明顯。由于缸內和壁面溫度較低,燃油霧化質量較差,并且壁面油膜蒸發(fā)困難,導致局部混合氣濃度較高,促使大量碳煙的形成。針對以上問題,本文通過不同噴油策略下油膜及碳煙的特性來研究油膜和碳煙的生成機理及影響因素,并在此基礎上進一步探究壁面油膜特性對碳煙排放的影響。為了實現(xiàn)上述研究目的,首先,建立了氣道及燃燒室?guī)缀文Ｐ?然后,利用AVL FIRE軟件建立了CFD模型,確定其初始、邊界條件,并驗證了模型的正確性;最后,在不同噴油角度、噴油時刻以及噴油壓力下對噴霧及燃燒排放過程進行仿真計算,并對結果進行分析。研究結果表明:噴油器與氣缸軸線夾角為0°時,壁面油膜只在活塞頂部形成,且厚度較小,碳煙排放量較低;噴油角度為30°和45°噴射時,在氣缸壁面和活塞頂部都形成了壁面油膜,油膜較厚,并且燃燒放熱滯后,碳煙排放較高;在壓縮階段噴油時,隨著噴油時刻的提前,壁面油膜質量和厚度都明顯減小,同時燃燒充分,形成的碳煙量較少;當噴油時刻推遲到噴油結束立即點火時,在火花塞附近形成了分層的濃混合氣,但是濃度較高,碳煙排放量較大;隨著噴油壓力的增加,在活塞頂部形成更多的壁面油膜,但是油滴粒徑較小,且混合氣較均勻,最終形成碳煙量較少;壁面油膜所在位置的碳煙主要在燃燒后期形成,由于氧含量不足,碳煙無法得到氧化而伴隨尾氣排放造成環(huán)境污染;壁面油膜所引起的碳煙生成量隨著油膜蒸發(fā)率的增加而增加,而油膜厚度與碳煙排放則沒有表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。
【關鍵詞】：直噴汽油機 冷啟動 壁面油膜 碳煙
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U464.171
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景和意義10-12
• 1.1.1 汽車、環(huán)境與健康10-11
• 1.1.2 GDI汽油機的特點11-12
• 1.2 GDI汽油機的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 冷啟動壁面油膜的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 壁面油膜理論性研究進展15-17
• 1.3.2 壁面油膜試驗性研究進展17-18
• 1.3.3 壁面油膜數(shù)值模擬研究進展18-19
• 1.4 冷啟動顆粒物排放研究進展19-21
• 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4.2 國內研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 本文研究內容21-22
• 2 數(shù)值模擬基礎及計算模型22-32
• 2.1 基本控制方程22-24
• 2.1.1 質量守恒方程22-23
• 2.1.2 動量守恒方程23
• 2.1.3 能量守恒方程23-24
• 2.1.4 組分守恒方程24
• 2.2 計算模型24-31
• 2.2.1 湍流模型24-26
• 2.2.2 噴霧模型26-29
• 2.2.3 燃燒模型29-30
• 2.2.4 碳煙生成模型30-31
• 2.3 本章小結31-32
• 3 模型的建立及初始邊界條件的確定32-43
• 3.1 幾何模型的建立33-35
• 3.2 計算網(wǎng)格的劃分35-39
• 3.3 初始及邊界條件設置39-40
• 3.4 計算步長的確定40-41
• 3.5 模型的驗證41
• 3.6 本章小結41-43
• 4 冷啟動工況壁面油膜特性研究43-63
• 4.1 壁面油膜守恒方程44-45
• 4.1.1 壁面油膜質量方程44
• 4.1.2 壁面油膜動量方程44-45
• 4.1.3 壁面油膜能量方程45
• 4.2 壁面油膜模型45-47
• 4.2.1 蒸發(fā)模型46-47
• 4.2.2 卷吸模型47
• 4.2.3 飛濺模型47
• 4.3 不同噴油參數(shù)對壁面油膜影響47-62
• 4.3.1 噴油角度對壁面油膜影響47-53
• 4.3.2 噴油時刻對壁面油膜影響53-58
• 4.3.3 噴油壓力對壁面油膜影響58-62
• 4.4 本章小結62-63
• 5 冷啟動工況碳煙形成及排放研究63-78
• 5.1 混合氣形成過程研究63-66
• 5.2 碳煙形成過程研究66-70
• 5.3 不同噴油參數(shù)對碳煙排放影響70-77
• 5.3.1 噴油角度對碳煙排放的影響70-72
• 5.3.2 噴油時刻對碳煙排放的影響72-75
• 5.3.3 噴油壓力對碳煙排放的影響75-77
• 5.5 本章小結77-78
• 6 壁面油膜對碳煙排放影響研究78-85
• 6.1 壁面油膜位置碳煙形成過程研究78-81
• 6.2 壁面油膜蒸發(fā)率對碳煙排放影響81-83
• 6.3 壁面油膜厚度對碳煙排放的影響83-84
• 6.4 本章小結84-85
• 7 總結與展望85-87
• 7.1 全文總結85-86
• 7.2 工作展望86-87
• 參考文獻87-92
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果92-93
• 致謝93-94

【參考文獻】

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本文編號：889094