分层火焰诱发二冲程汽油机高废气稀释混合气自燃过程的模拟

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二冲程是提高汽油机强化程度、改善其燃油经济性的一个途径,但是,二冲程汽油机缸内残余废气率高,容易出现燃烧不稳定和放热速度慢等问题。为此,本文提出了用分层火焰诱发末端混合气自燃的混合燃烧模式(SFI)来加快高废气稀释混合气的燃烧速度,提高二冲程汽油机的热效率。为此,在固定的循环喷油量下,利用三维数值模拟方法,研究了小负荷时两次喷油比例、点火时刻、转速和进气门相位对气门式二冲程直喷汽油机缸内混合气形成和火花点火形成火焰,并诱发废气稀释混合气自燃的混合燃烧特性。结果表明:  与单次喷油相比,随着第二次喷油比例的增大,火花塞周围混合气的燃空当量比增大,而且从气缸中心区到气缸周围的燃油浓度减小。在相同的点火时刻下,着火时刻先略有提前然后逐步推迟,同时燃烧持续期先减小后增加,而平均指示压力、最大压力升高率和最大气缸压力均呈先增加后降低的趋势。两次喷油更容易实现SFI燃烧。其中,第二次喷油比例为30%时,火焰传播速度最快、自燃持续期最短。在相同的第二次喷油比例下,自燃时刻随点火时刻的推迟而逐渐推迟,诱导自燃所需的火焰传播放热量也逐渐下降。  燃烧过程受转速的影响。在转速为1000 r/min时,气缸中心区的燃油和空气的混合时间较长,混合较好,火焰传播速度较快,燃油通过火焰传播方式大量消耗。在1500 r/min时,缸内呈现从浓到稀较大范围的燃油分层。在转速为2000 r/min时,受高温废气和压缩的加热作用,火焰面外围区混合气的温度上升,自燃时刻提前,混合气自燃比例量加大。  随着进气门关闭时刻(IVC)的推迟,废气加热作用减弱,缸内混合气的燃油和温度分布不均匀性加大,末端混合气向燃油稀区移动,混合气温度整体向低温侧移动。IVC为-114°CA ATDC火焰前期发展较快,火焰传播释放较少的热量就能诱导末端自燃。随着IVC的推迟,末端混合气向低反应活性、低温区移动,诱导混合气自燃所需要的火焰传播放热量有所增大,自燃时刻推迟,IMEP降低。在不同IVC均发生自燃时,IVC为-94°CA ATDC时(IVC最晚)的末端混合气自燃比例最小,缸内混合气主要被火焰传播所消耗。
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