基于气道设计的GDI发动机EGR分层效果的仿真研究

【摘要】EGR技术的出现原本是为了解决发动机NOx排放问题的，它通过向缸内通入废气来抑制燃烧温度以降低NOx排放。但对于汽油机，泵气损失是其经济性的主要瓶颈，降低泵气损失最有效的途径在于取消节气门，此时就需要利用EGR技术增加缸内工质以降低泵气损失，且利于抑制汽油机的爆震，从而提高经济性。但EGR的通入会在一定程度上影响汽油机的正常燃烧。因此，EGR分层技术应运而生，它着力于将废气与空气在缸内分离，使其呈分层状态，保证在点火时刻火花塞附近不受废气浓度的影响。而最理想的分层形式是将废气控制于气缸壁面附近，可燃混合气分布于中间区域，从而最大限度地发挥废气的作用。因此能同时满足未来NOx排放和燃油经济性的分层EGR技术展现了极大的优越性，成为了目前EGR技术方面的研究热点。本文基于一款GDI发动机进气道模式的不同设计，应用CFD流体仿真软件FIRE，对GDI发动机废气分层效果进行仿真研究，来确定不同结构形式对缸内分层效果的影响，为实验研究提供参考依据和必要的技术指导。本文分别研究了不同进气道模式、EGR压力及EGR停止相位对缸内EGR分层效果的影响。通过仿真分析得到以下结论：1、在气道内添加隔板的模式由于结构的限制，缸内分层效果的保持性偏差。进气行程尚能保持较好分层效果，但接近压缩上止点时掺混恶化。对于气道内加导管的模式，其EGR压力对缸内废气分层效果的影响较大，EGR压力为120kPa并在420°CA停通EGR时得到了上止点附近约10%的EGR浓度差，相对较好。2、对于切向气道与螺旋气道相结合的进气模式，要达到与前者相近的EGR浓度差，其EGR压力需要比前者更高，结果表明，EGR压力在130kPa并且当废气停止相位在480°CA时能达到25%的平均EGR率，且达到了上止点附近约15%的EGR浓度差，分层趋势相对明显。3、均质模式比分层模式的缸内燃烧过程对点火时刻更敏感，分层模式的燃烧过程更趋于稳定，且相同EGR率和点火提前角条件下，分层模式能得到显著升高的缸压、温度及放热率峰值，对应曲轴转角也更靠近压缩上止点，并且放热持续时间显著缩短。增大点火提前角的情况下，分层模式与均质模式温度、放热率峰值之间的差距也随之减小。相同点火提前角下，分层模式下的高温阶段更靠近上止点，可显著减少热量散失。
【作者】李慧；
【导师】洪伟；
【作者基本信息】吉林大学，动力机械及工程，2014，硕士
【关键词】GDI发动机；EGR分层；进气道；仿真研究；

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