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当前能源与环境问题不断加重,节能减排任务日益严峻。增压小型化作为汽油机节能降耗的有效手段之一,得到了广泛关注。本文以一款1.0L三缸增压汽油机为研究对象,针对汽油机增压强化后爆震倾向增加、压缩比提高受限等问题,从优化缸内流场结构的角度,采用CFD手段对多套燃烧系统进行了瞬态仿真,深入研究气道、燃烧室、活塞结构对提高缸内滚流比、湍动能的作用和影响。首先,依据气道设计原则,设计了3组进气道,并分别与基础燃烧室组成3套燃烧系统,在5500r/min全负荷工况下进行瞬态仿真。结果显示,PortC气道能产生最强的缸内滚流运动,缸内瞬态滚流比与平均湍动能分别达到2.85和377m~2/s~2;3套燃烧系统压缩末端的湍动能都超过了200m~2/s~2,但湍动能都偏进气侧,会导致火焰传播不对称,爆震倾向增加。其次,对燃烧室masking结构进行了深入研究。对比样机开发阶段PortA+masking燃烧系统的瞬态仿真与试验结果,对计算模型的准确性进行了验证。以PortC为优化气道,研究了燃烧室masking对增大缸内滚流比、规范湍动能位置的作用。在基础燃烧室的结构上,设计了3组带masking结构的燃烧室,并分别与PortC气道组成3套燃烧系统。5500r/min、2000r/min全负荷工况下的瞬态仿真结果显示,相比PortC气道+基础燃烧室,带进排气masking结构的C03燃烧系统使缸内滚流比、湍动能分别增加10%和6.9%;单独采用masking结构不能使2种典型工况下的湍动能居中。然后,以PortC气道+C03燃烧室为基础,重新设计了3组不同顶部形貌的活塞,仿真分析了3套新活塞燃烧系统缸内流场与湍动能分布。依据仿真结果,在3组活塞基础上调整凹坑结构、倾斜面高度,设计了2组优化活塞。2组优化活塞5500r/min、2000r/min的瞬态仿真结果显示,P04活塞在高速、低速下都能使湍动能居中;P05活塞在低速时缸内湍动能居中,高速时湍动能偏进气侧;活塞顶面凹坑结构会在一定程度上降低缸内滚流比及湍动能数值。最后,分别对PortC燃烧系统、C03燃烧系统与P04燃烧系统进行的燃烧模拟显示,C03燃烧系统缸内火焰传播速度快于PortC与P04燃烧系统,但缸内进气侧火焰传播速度快于排气侧,P04燃烧系统缸内进、排气侧火焰面对称传播。通过气道、缸盖燃烧室结构的优化,可以提高滚流比、增加缸内湍流强度,进而提高火焰传播速度;优化的活塞顶面凹坑结构可以使湍动能分布更加合理,进而有利于火焰对称传播,两者都有助于降低小型增压汽油机爆震倾向,提升性能。