增壓汽油機低速早燃和超級爆震的建模與仿真

增壓汽油機低速早燃和超級爆震的建模與仿真

在汽油機上采用增壓技術(shù)能夠增加汽油機的輸出功率和扭矩，有利于實現(xiàn)汽油機的小型化，同時滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。增壓汽油機往往伴隨著較高的缸內(nèi)平均有效壓力（BMEP），而高BMEP常常引發(fā)增壓汽油機缸內(nèi)異常燃燒，出現(xiàn)低速早燃和超級爆震現(xiàn)象，這不僅限制了增壓汽油機BMEP的最大值，而且也限制了增壓汽油機的小型化。因而需要對低速早燃和超級爆震這兩種現(xiàn)象的產(chǎn)生過程進行分析，以消除對增壓汽油機小型化的限制。

利用仿真方法對低速早燃和超級爆震現(xiàn)象進行分析，需要建立增壓汽油機的燃燒預(yù)測模型，以模擬缸內(nèi)異常燃燒現(xiàn)象。建立燃燒預(yù)測模型時，將點火處的火焰?zhèn)鞑ゼ僭O(shè)為球面?zhèn)鞑?，火焰?zhèn)鞑ッ鎸⑷紵曳指顬橐讶紵齾^(qū)域和未燃燒區(qū)域，并假設(shè)2個區(qū)域內(nèi)的氣體均為混合均勻的理想氣體。采用準(zhǔn)一維燃燒模型分別模擬已燃燒區(qū)域和未燃燒區(qū)域的熱力學(xué)特性，并采用熱傳遞模型模擬火焰?zhèn)鞑ッ嫔?個區(qū)域的熱傳遞。針對缸套和活塞構(gòu)成的燃燒室邊界進行建模，依據(jù)幾何形狀將這些邊界區(qū)域劃分為6個獨立的區(qū)域。針對每個獨立區(qū)域采用獨立的熱力學(xué)方程來表示，同樣采用熱傳遞模型模擬不同邊界區(qū)域的熱傳遞。基于建立的燃燒預(yù)測模型，利用3D計算流體動力學(xué)（CFD）軟件對增壓汽油機的燃燒過程進行仿真，建立低速早燃和超級爆震現(xiàn)象產(chǎn)生過程的仿真模型，并進行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：潤滑油液滴和碳煙顆粒物是汽油機產(chǎn)生低速早燃的主要原因，而產(chǎn)生超級爆震的前提條件是出現(xiàn)低速早燃。因而，抑制低速早燃還能夠消除超級爆震的發(fā)生。

MaziarKhosravietal.SAE 2017-01-0519.

編譯：李臣