燃油分层对新型二冲程汽油机SFI燃烧的影响

【摘要】：顶置气门式二冲程汽油机是一种面向乘用车的新型二冲程汽油机,利用其灵活的气门机构可以在低负荷时发挥可控自燃(CAI)燃烧、高负荷时发挥小型强化的优势;而分层火焰引燃(SFI)燃烧可以自然地将低负荷时的CAI燃烧和高负荷时的稀薄火焰燃烧衔接起来。因此,这种新型二冲程汽油机提供了一种极具潜力的降低油耗、提升热效率的技术方案。本研究采用三维数值仿真的方法对自主设计的采用了垂直进气道和喷雾引导型燃烧系统的顶置气门式二冲程汽油机进行了冷流、喷雾和燃烧的数值模拟,研究了部分负荷下燃油直喷策略和活塞凹坑结构对缸内混合气形成过程的调控作用,并进一步揭示了其对SFI燃烧过程的作用机制。本文首先建立了新型二冲程汽油机数值仿真平台,并从缸内气流运动规律的认识出发,分析了单次直喷时刻、配合两次直喷的活塞凹坑结构对油气混合过程的影响。研究表明,受缸内两股方向相反的滚动涡的影响,采用压缩冲程早期的单次直喷时,压缩末期电极附近难以形成适宜点火的混合气;燃油两次直喷时,凹坑活塞配合较小的第二次直喷比例更易于在电极附近形成偏浓的混合气。在前期对缸内油气混合过程认识的基础上,进一步研究了不同的活塞凹坑设计、第二次直喷时刻和两次直喷比例对SFI燃烧过程的作用机制。研究表明,受缸内逆滚流主导的流场形态影响,自燃更易于出现在进气侧;较小直径的凹坑对第二次直喷后的燃油汇聚能力较强,有效降低了中心区域的温度,自燃更易于出现在远离火焰面的外围区域。第二次直喷时刻逐步推迟至320°CA时,喷油与凹坑的配合程度更好,燃油更易于汇聚在燃烧室中心区域,同时,外围区域的温度增大,自燃时刻逐步提前;中心区域和外围区域燃油分层的梯度增加,有效降低了SFI燃烧的最大压升率,但会略微恶化IMEP。随着第二次直喷比例的增加,缸内中心区域的混合气越浓,外围区域的混合气越稀,SFI燃烧的最大压升率变小,缸压峰值降低,IMEP逐步恶化。