缸内燃烧过程模拟在GDI发动机设计中的应用.pdf

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1、第6期内燃机No．62011年12月InternalCombustionEnginesDee．20l1摘要：利用AVL—Fire软件对开发中的某GDI发动机缸内的流动、喷雾、点火燃烧等过程进行了模拟分析。对缸内滚流、雾化效果等进行了评估，并就气道设计，喷油器选择以及正时调整等方面给出了工程优化建议。关键词：燃烧；模拟；GDI；发动机；设计中图分类号：TK412文献标识码：B文章编号：1000—6494(2011)06—0003—04’ApplicationofIn-cylinderCombustionSimulationinGDIEngineDesignZHANGYing-bin

2、g，YAOWei(TechnicalCenter，AnhuiJianghuaiAutomobileCo．，Ltd．，Hefei230022，China)Abstract：AVL—Firesoftwasusedtosimulatetheflow，injection，combustionprocessofaGDIenginethatisindevelopment．Evaluationofin-cylindertumbleandsprayweredone，someadvisewasgivenforportdesign，injectorchoosingandtimingoptimizat

3、ion．Keywords：combustion；simulation；GDI；engine；design．0前言算保留了完整的火花塞模型。计算工况点选择了热负荷最高的全速全负荷点，这是一个缸内燃烧汽油直接喷射(GDI发动机相对于传统的气CFD计算最常用的工况点。道喷射发动机在经济性和排放净化上有着极大的优势，因此是近些年来国内发动机研发的热门课题。由于GDI的技术特点，设计人员需要对其气道、燃烧室和喷油器的设计给予特别的关注，否则将达不到省油减排的目的。缸内燃烧过程的CFD模拟能够直观地反映气体流动，燃料雾化燃烧等过程，进而指导气道，活塞图1计算域模型等关键零部件的设计，确保GD

4、I发动机开发目标的计算需要的运动网格由Fire内置的EnginePlus软顺利实现。件生成。考虑到进气以及压缩燃烧过程将是我们关1数值模型注的重点，一个从排气冲程开始的CFD模拟能够提高关注点的准确性，因此本次计算从150℃A1．1三维模型与网格划分(EVO)曲轴转角开始至870~CA曲轴转角开始，本次模拟采用了AVL的专业发动机CFD软件计算了一个完整的工作循环。Fire计算域包含发动机的进排气道，缸盖顶部以图2显示了本次计算的气门升程曲线，表1则及活塞头部的燃烧室部分，见图1。为了更加精确是气门正时的相关数据。需要注意的是计算中的最地描述计算域并考察点火时刻的气体流动，本次计

5、小气门升程被定义为0．2mm。这是为了网格划分的需要，而且已有的经验表明，当气门升程小于0．2作者简介：张应兵(1979一)，男，贵州铜仁人，助理mm时，缸内气体的流动状态受气道影响极小。最工程师，研究方向为发动机产品的设计开发。终的计算网格是以六面体为主的混合网格，数目在收稿日期：2011—06—1770万一100万之间。内燃机2011年12月表1气门正时型以及Wave破碎模型；壁面油膜是模拟的重点关注项目参数项，选用了Fire自带的BaiGosman／Expert~型。另外排气门开(EVO)150℃A计算中没有l考1虑1油0雾O的O湍O流扩0散和液滴相互作用。进气门开(IVO

6、)354℃A42O8642021燃烧模型则选用了ECFM模型。这是拟序火焰排气门关(EVC)358℃A模型的一种，由标准CFM模型和MCFM模型扩展得进气门关(IVC)576℃A到，使用两步化学反应机理，可以用于模拟火花点火发动机的预混燃烧、敲缸和排放物生成；同喷雾鲁{模型耦合使用可以用于GDI发动机的模拟。东2计算结果分析[==2．1模型参数调整为了调整燃烧模型的参数，压力和温度的曲轴转角／~CACFD计算结果都与1D(BOOST)的计算结果进行了对图2气门升程曲线图比，见图5。1．2边界条件和计算设置BOOST软件的热力学模拟提供了本次计算的J二吕／＼边界条件，图3和图4分别

7、显示了计算的进口和出口边界。／＼?‘重笔／／奋雾囊皿旺I{曲轴转角／~CA图5热力学和CFD缸压曲线对比图曲轴转角／℃A第一个波峰处的3D模拟缸压较lD结果略高，图3进口边界条件示意图其原因在于CFD计算无法模拟漏气，缸内的气体总量略大于1D计算。而高压段结束时CFD的计算结果偏大则因为lD和3D模拟的热交换有所不同。娄笔总的来说，最终CFD的缸压计算结果与lD模拟结果吻合度极好，CFD计算应当能够较准确地反奋雾囊皿删j映缸内的燃烧过程。2．2排气流动排气冲程气体的流速较高，见图