喷射角度对混合气的影响范文

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《河北农机杂志》2014年第十期

1边界条件的设定

计算时设定的初始条件为表2所示，边界条件为表3所示，而数学模型的选择分别为：湍流模型，标准双方程k-ε湍流模型；液滴蒸发模型，Dukowicz蒸发模型；湍流扩散模型，Enable模型；液滴破碎模型，TA模型；液滴碰壁模型，Walljet1碰壁模型；壁面处理设定为标准壁面函数。

2计算结果与分析

GDI发动机对喷射角度的要求很高。易于着火的混合气既需要点火时刻在火花塞附近形成，又要尽量集中在球型燃烧室附近；由于喷射角度不同，燃油可能直接喷到活塞顶或气缸壁上形成油膜湿壁，设计时应尽量避免燃油与活塞顶或气缸壁相碰的情况发生，否则产生积碳使UBHC排放较高并稀释润滑油。喷射角度定义为喷油器与气缸各自中心轴线之间的夹角。

图2、图3和图4分别给出发动机转速为4500r/min，喷油提前角为80°CAATDC，初始涡流比为1.5，喷射角度为60°、45°和30°时混合气在气缸内的分布情况。从图2、图3和图4中可以看出，燃油顺着气流喷入气缸中形成顺时针的滚流造成燃油在纵向上输运和分布。喷油初期的燃油贯穿距比较短，燃油未及时充分扩散，喷嘴附近存在燃油浓度较高的区域，随着喷油的继续，雾束贯穿距不断增大，30°和45°喷射的雾束受大量顺时针滚流的挤压，雾束末端向进气侧翻折，有少量的燃油与活塞顶面碰撞，60°喷射的雾束受气流经过气门边缘时产生的剪切力的影响，从而带动雾束向排气侧移动过程中在缸底和缸壁产生燃油碰壁，由于燃油碰壁时空间反射不明显而造成雾束直接碰壁使润滑油稀释，应尽量避免这种情况。当240°CAATDC时，带动燃油移动向进气侧的滚流和气缸壁的共同作用使燃油向上翻转，从而使燃油和空气充分混合，所以30°和45°喷射时进气侧燃油浓度比较高，60°喷油燃油扩散较好。

当340°CAATDC时，30°、45°和60°喷射均明显在喷油嘴下方出现较浓区域。喷射角度为30°时，进气侧的混合气较浓，排气侧的混合气过稀；60°喷射时，混合气总体当量比较大，缸壁处混合气较浓，火花塞附近混合气较稀，设计时应注意不要出现这种情况；45°喷射时，缸内出现最均匀混合气，总体当量与靠近化学当量比为1，因此45°是较合适的喷射角度。下面是三种喷射角度的气缸内燃油蒸气质量随曲轴转角变化曲线图（图5）。图中显示的三条曲线很相近，燃油蒸发都比较好。靠近点火正时处，45°是最适合于均质燃烧模式的喷射角度。

3结论

在点火正时处，喷射角度为30°、45°和60°均在喷油嘴下方出现混合气较浓的情况，设计时应尽量避免。其中，30°时，进气侧存在较浓混合气，而排气侧存在过稀混合气；60°时，混合气总体当量比较大，然而缸壁处有较浓混合气，火花塞附近有较稀混合气；45°时，缸内混合气比较均匀，适用于GDI的均质燃烧模式。

作者：柳青续彦芳单位：中北大学机械与动力工程学院