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原文传递低温条件下米勒循环对GDI发动机混合气形成的影响及优化研究

论文题名：	低温条件下米勒循环对GDI发动机混合气形成的影响及优化研究
关键词：	汽车汽油机;米勒循环;混合气;低温条件
摘要：	随着愈加严格的排放法规不断更新与实施，汽油车的整体排放大幅降低。但是GDI发动机在冷起动等工况下，由于缸内温度较低，燃油蒸发雾化困难、油气混合不均匀，易出现湿壁现象，造成排放恶劣等问题。因此，研究冷起动阶段燃油的蒸发与混合气形成特性，对进一步提升GDI发动机的性能具有重要意义。　　米勒循环作为近年来GDI发动机高效清洁的主要措施之一，主要应用于中低负荷工况。由于进气门晚关米勒循环使缸内温度降低，会进一步恶化缸内温度较低时的燃油蒸发，所以对冷起动工况下米勒循环发动机性能影响的研究较少。但是，进气门早关米勒循环对提高缸内燃油雾化质量具有较大潜力。　　本文选用一台GDI发动机为原机，进行发动机台架试验，根据原机的参数与试验结果建立一维GT-Power模型，为本文主体的三维仿真部分的冷怠速工况提供可靠的边界与初始条件。进行气道稳流试验、定容弹喷雾试验及数值模拟，分别验证了气道几何模型与喷雾模型的准确性。使用插值法设计五组进气门早关米勒循环气门升程型线，在CONGVERGE中建立米勒循环发动机模型，探究米勒循环对缸内低温环境下的附壁油膜发展、缸内流动、喷雾场形成质量的影响。　　在总进气量保持不变的情况下，研究了不同米勒度的米勒循环以及原机的缸内工作过程。结果表明：随着米勒度的增大，在缸内湍动耗散较慢的作用下，可以有效减小活塞顶凹坑表面的厚油膜区域，从而促进附壁燃油的蒸发。在340℃A时，EIVC60与EIVC75米勒循环较原机附壁燃油质量分别下降了28%与48%，可以有效避免“池火”现象。更大的进气压力使GDI发动机缸内的滚流明显增大，表现最为显著的是EIVC75米勒循环的正（顺时针）滚流比，其峰值较于原机增长了23.6%。不同的缸内流动直接影响浓度场的分布，到达点火时刻时，原机的浓度场分布与EIVC60、EIVC75相比具有较大差异，原机的浓混合气主要位于垂直于X轴截面的进气侧，在米勒循环中的浓混合气则位于垂直于Y轴截面。　　针对附壁燃油蒸发效果与混合气形成质量进行了优化，以EIVC75米勒循环为基础，将两次喷射应用到GDI发动机上。通过控制单一因素的方法，探寻两次喷射与米勒循环结合的最佳喷射正时与喷射比例。结果表明：随着第二次喷射正时的推迟，缸内油膜蒸发效果提升，当第二次喷油迟于150℃A时，油膜蒸发开始恶化。但是与单次喷射相比，七组不同的两次喷射方案的湿壁现象均得到改善。固定第二次喷油正时为150℃A，研究不同喷油比例的影响。喷油比例为2:1的方案表现出最高的附壁燃油蒸发效率，点火时刻缸内残余油膜质量仅为0.054mg。第一次喷油量大于第二次喷油量的两次喷射方案使缸内的浓度场质量得到显著改善。在点火时刻，选定的Case5-2、Case5-4、Case5-6方案在过气缸中心线的两个截面大部分区域为均匀混合气，火花塞附近是当量比为1.2-1.3的微浓混合气，有利于稳定点火。
作者：	丁统元
专业：	动力工程
导师：	魏胜利
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021