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车用汽油机冷起动混合气形成及碳氢排放的数值研究
| 论文题名： | 车用汽油机冷起动混合气形成及碳氢排放的数值研究 |
| 关键词： | 车用汽油机;冷起动;混合气形成;碳氢排放;数值模拟 |
| 摘要： | 全球汽车保有量的不断增加对能源的日益短缺与环境的不断恶化产生了重要的影响，使得乘用车高效低排放显得越来越重要。在我国乘用车中，进气道喷射式(PFI)汽油机占主要部分。国外学者对汽油机冷起动过程进行了大量实验研究表明，尾气中的污染物大部分产生于冷起动阶段。相对于实验研究，内燃机工作过程数值模拟具有成本低、高效灵活、信息量大等优点。 本文的研究对象是一台车用四气门进气道喷射汽油机，通过三维建模软件进行了气道及燃烧室建模，并采用CFD软件CONVERGE用欧拉—拉格朗日法对汽油机冷起动过程进行数值研究，以期对冷起动阶段降低排放提供理论指导。由于PFI汽油机靠附壁油膜的蒸发形成混合气，本文首先对物理子模型进行验证，包括多组分燃油模型、蒸发模型、油膜模型，结果表明模型能比较准确地预测燃油碰壁过程以及冷起动中燃油的蒸发。 随后采用3种组分蒸发模型对冷起动过程混合气形成进行数值模拟，研究了喷油参数、进气参数等对缸内混合气的当量比、燃油蒸发率以及燃油分布的影响，得出单参数对混合气形成影响规律，探索怎样使汽油机低温冷起动在首次循环达到着火浓度，结果表明:随着喷油量的增加，缸内当量比呈线性上升，但过高油量抑制燃油蒸发。闭阀喷射时，过早喷油会使燃油蒸发率下降，进气阀背面喷油位置的燃油蒸发率大于进气道底面。开阀喷射时，混合气形成不均匀，指向气阀内侧时缸内附壁油膜最少，当量比最大。燃油温度过高对油膜蒸发有抑制作用。喷雾锥角的增大会提高油膜蒸发量。两次喷射使缸内当量比提高，附壁油膜减少。 随着起动转速的提高，缸内当量比有所下降，但会大幅度提高缸内湍动能。低气门升程会在缸内出现逆时针滚流，使滚流比降低，采用非对称气门升程能大幅度提高缸内切向滚流比以及涡流比，进气道加入导流板后，会提高缸内滚流比以及湍动能，这都会使得闭阀喷射时缸内混合气更浓一些，混合更加充分，而使开阀喷射下缸内混合气更加均匀，减少了局部浓区的出现。推迟进气门的开启，能明显增加混合气充量，提高缸内当量比。进气温度对油膜蒸发的影响不如气阀温度那么明显。 最后为实现缸内燃烧及排放的准确模拟，采用SAGE燃烧模型耦合异辛烷化学反应动力学机理对缸内过程进行求解，研究了当量比、点火参数、进气温度、起动转速、压缩比、涡流比对燃烧过程及HC、CO生成的影响。 |
| 作者： | 孔彤 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 韩志玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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