【摘 要】
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随着能源危机的日益加剧、环境问题的不断恶化,节能与环保已成为现代内燃机发展的主题。稀薄燃烧技术可以提高汽油机热效率、减小节流损失,有助于汽油机燃油经济性与排放性的改
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随着能源危机的日益加剧、环境问题的不断恶化,节能与环保已成为现代内燃机发展的主题。稀薄燃烧技术可以提高汽油机热效率、减小节流损失,有助于汽油机燃油经济性与排放性的改善,日益受到人们的关注。计算机数值模拟,可以缩短试验时间、降低工作强度,为试验方案的制定提供理论指导。本文在一台国产CA3GA2汽油机上,进行了汽油机稀薄燃烧的相关模拟与试验研究。
首先,利用AVL-boost软件建立了CA3GA2汽油机的一维数值模型,并在该模型上进行稀燃模拟的相关研究,包括:汽油机稀燃的经济性模拟、排放性模拟、涡流强度影响模拟、EGR对NOx排放影响模拟。模拟结果表明:发动机的比油耗,随着空燃比的增加而呈下降趋势,当空燃比大于18后,模拟比油耗下降幅度减缓,并在空燃比21时,达到了最低油耗点;CO排放随空燃比的增大持续下降,HC排放随空燃比的增大表现为先减小后增大的趋势,NOx排放则随着空燃比的增大呈现出先增大后减小的趋势;发动机的燃油消耗率随着涡流比的增大呈现先减小后增大的趋势,NOx的排放则随涡流比的增大表现为先增大后减小的趋势,综合考虑经济性与排放性,涡流比应选择在0.8-1.2之间。
其次,利用AVL-fire软件建立了CA3GA2汽油机的三维数值模型,并在该模型上进行稀燃模拟的相关研究,包括:涡流对流速场影响模拟、平均压力模拟、湍动能场模拟、EGR对温度场影响模拟。模拟结果表明:随着单边气道截面积的不断减小,涡旋中心强度并不是一直加强,而是在挡板A2位置时达到最大;进气初期,湍动能主要集中在气门的右侧区域,随着曲轴转角的增大,湍动能在缸内的分布最终趋于平均化;当EGR率为0、8%、15%、24%时,对应的燃烧温度分别为2020K、1800K、1600K、1470K,温度下降梯度约为10%左右。
最后,试验研究了不同涡流强度及不同EGR率对稀燃汽油机燃油经济性与排放性的影响,试验结果表明:挡板位置A2与A0时相比,HC、NOx排放及燃油消耗率均有明显下降,CO排放基本不变,也即一定强度的涡流运动,能够改善稀燃发动机的燃油经济性与排放性;EGR对NOx排放的降低有很明显的效果,但EGR率过大时,会使得发动机HC排放值上升、燃油消耗率恶化。
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