氢气作为应用前景很好的代用燃料之一,具有很广阔的研究空间,将分层EGR与掺氢发动机进行结合,既可以利用氢气的理化性质提高燃烧特性,又可以在影响燃烧较小的前提下进行排放控制,不仅缓解了化石能源危机,也减小了环境的负担,本文依托国家自然基金项目“基于氢气/汽油复合喷射及分层EGR的当量比点燃式内燃机质调节机理的研究”开展研究。通过CFD仿真的手段对搭载分层EGR的氢气/汽油复合喷射汽油机的分层EGR形式、参数及性能进行了仿真研究,具体工作内容包括:建立氢气/汽油复合喷射发动机仿真模型;建立并筛选分层EGR滚流分层结构;对不同分层EGR参数下分层EGR的分层效果,发动机的燃烧排放特性进行了仿真研究;通过仿真手段研究不同氢气喷射策略对缸内混合气及EGR的分层效果的影响,并分析对其发动机燃烧排放特性的影响。得出主要结论如下:(1)三种分层结构中双侧导管的分层效果最好,无论在进气冲程,压缩冲程至点火时刻,缸内EGR都能形成径向的“馅饼状”分布,点火时刻前EGR浓度差可达11%,分层效果最好;单侧导管在进气冲程时刻可以保持径向的侧向分层,而压缩冲程开始,EGR扩散比例较大,在点火时刻前缸内EGR浓度差为7%左右,且浓区与火花塞附近区域有较大重合,分层效果欠佳。双隔板由于隔板与进气道围成的类弧形区域,会使得EGR多个方向进入气缸,导致进气初始EGR就在气缸中部分布,直至点火时刻缸内EGR浓度差接近2%,与均质EGR相似,分层效果最差。(2)一定范围内随着EGR压力的增加,EGR分层效果提升,而压力过大则会破坏分层结构,1.25MPa EGR引入压力下EGR分层效果优于1.0MPa,而1.5MPa EGR引入压力下分层效果最差,对比三种EGR压力下的发动机燃烧排放特性,1.25MPa EGR压力下发动机缸压峰值最高,相比1.0MPa EGR压力缸压峰值提高8%,NO_X排放增高11%,SOOT排放降低6%,即同等条件下EGR分层效果越好,动力性参数提升越大,SOOT排放越低,但NO_X抑制程度减弱越大,导致NO_X生成量越多。(3)相同EGR喷射压力下,随着EGR率增大,过量的EGR受扩散因素影响,难以通过气体排布来实现分层,EGR点火时刻分层浓度差越小,越接近于均质。对比三种分层EGR率下发动机燃烧排放特性,15%EGR率下,发动机平均缸压,缸温以及放热率最高,NO_X排放最高,而SOOT排放最低,30%EGR率下相较15%EGR率,平均缸压峰值下降7.5%,NO_X下降14%,而45%EGR率下相较15%EGR率,平均缸压峰值下降22%,NO_X下降76%。(4)氢气直喷的引入会影响压缩后期气缸内EGR的径向分布,原因是点火时刻氢气浓区富集在气缸中心火花塞附近,促使该区域的EGR向两侧浓区扩散,即局部富氢的氢气分层与分层EGR可以互相促进,但掺氢比超过一定范围后,由于氢气量过大无法形成理想分层排布,导致EGR分层效果下降,反而使发动机燃烧特性略微下降。(5)随着氢气直喷压力的增加,EGR分层效果呈先增大后减小的趋势。4MPa时刻,氢气扩散剧烈,于压缩后期分布较为分散,未能形成火花塞附近的氢气浓区,导致EGR分层效果不佳。6MPa喷氢压力下,氢气扩散较少,火花塞局部富氢分层明显,EGR分层较好。继续提高喷氢压力至8MPa时,氢气富集区域相对偏离气缸中线,EGR浓度差与6MPa相近,但径向两侧分层不均匀。因此6MPa喷氢压力下发动机缸压与放热率最高,但NO_X排放随之也最高。