留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

二次喷射策略对GDI发动机微粒排放影响规律的仿真研究

崔爽 汪安东 曲大为 范茜

崔爽, 汪安东, 曲大为, 范茜. 二次喷射策略对GDI发动机微粒排放影响规律的仿真研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(6): 884-891. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180267
引用本文: 崔爽, 汪安东, 曲大为, 范茜. 二次喷射策略对GDI发动机微粒排放影响规律的仿真研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(6): 884-891. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180267
Shuang Cui, Andong Wang, Dawei Qu, Qian Fan. Simulation Research on Influence of Secondary Injection Strategy on Particulate Emission of GDI Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(6): 884-891. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180267
Citation: Shuang Cui, Andong Wang, Dawei Qu, Qian Fan. Simulation Research on Influence of Secondary Injection Strategy on Particulate Emission of GDI Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(6): 884-891. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180267

二次喷射策略对GDI发动机微粒排放影响规律的仿真研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180267
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51306069

详细信息
    作者简介:

    崔爽(1983-), 硕士研究生, 研究方向为汽车发动机电控技术, cs-1685n@163.com

    通讯作者:

    曲大为, 副教授, 博士, 研究方向为发动机电子控制研究, eewang404@163.com

  • 中图分类号: TG156

Simulation Research on Influence of Secondary Injection Strategy on Particulate Emission of GDI Engine

  • 摘要: 为降低GDI发动机微粒排放,搭建了某型缸内直喷汽油机的三维数值模型并利用AVL-Fire对发动机微粒生成过程进行仿真模拟,探究缸内微粒的生成机理和两次喷油策略对微粒生成的影响规律。首先对原机喷油参数下的单次喷射策略进行了仿真研究,其次,在单次喷射的基础上进行了燃油两次喷射,探究喷油时刻及喷油比例对微粒生成的影响规律,得到了如下的研究结论:原机喷射策略下未完全蒸发的油膜遇到火焰时在油膜表面产生扩散燃烧导致微粒大量生成;二次喷射策略下,随第二次喷油时刻推迟,最终微粒质量分数和数量浓度均先减小后增加,优化后的二次喷油策略最终微粒质量分数为1.28×10-11,最终微粒数量浓度为2.99×1013,较单次喷射策略分别降低了46.89%和31.42%。因此,合理的制定二次喷油策略可以减少微粒的产生。
  • 图  1  体网格仿真模型

    图  2  缸压仿真值与试验值对比

    图  3  光学可视化平台整体布局图

    图  4  喷油开始后不同时间下喷雾形态试验与仿真结果对比

    图  5  喷雾贯穿距试验与仿真结果对比

    图  6  880 ℃A时微粒质量分数、数量浓度及粒径分布

    图  7  微粒质量分数变化

    图  8  微粒数量浓度变化

    图  9  不同第二次喷油时刻下880 ℃A时微粒质量分数

    图  10  不同第二次喷油时刻的微粒质量分数

    图  11  不同第二次喷油时刻的微粒最终质量分数

    图  12  不同第二次喷油时刻下880 ℃A时微粒数量浓度

    图  13  不同第二次喷油时刻的微粒数量浓度

    图  14  不同第二次喷油时刻的微粒最终数量浓度

    图  15  不同第二次喷油时刻下880 ℃A时微粒粒径分布

    图  16  不同喷油比例880 ℃A时微粒质量分数

    图  17  不同喷油比例880 ℃A时微粒质量分数对比

    图  18  不同喷油比例880 ℃A时微粒最终质量对比

    图  19  不同喷油比例下880 ℃A时微粒数量浓度

    图  20  不同喷油比例880 ℃A时微粒数量浓度对比

    图  21  不同喷油比例880 ℃A时微粒最终数量浓度对比

    图  22  不同喷油比例下880 ℃A时微粒粒径分布

    图  23  不同喷油策略下微粒最终数量浓度与质量分数对比

    表  1  某型号GDI汽油机基本参数

    参数 设计值
    压缩比 10.5:1
    排量 1 395 cm3
    冲程/缸径 80 mm/74.5 mm
    额定功率 100 kW(5 500 r/min)
    最大扭矩 250 N·m(2 250~3 500 r/min)
    增压形式 废气涡轮增压
    下载: 导出CSV

    表  2  边界条件设置

    壁面类型 边界壁面名称 温度设定值/K
    固定 Inlet(进气岐管入口) 318.15
    固定 Intake port(进气岐管壁面) 350
    固定 Chamber(气缸盖壁面) 500
    固定 Liner(气缸侧壁面) 461
    移动 Piston(活塞顶部) 533
    下载: 导出CSV

    表  3  初始条件设置

    参数名称 设置值
    缸内压力/Pa 123 952
    缸内温度/K 921.75
    湍动能/(m2·s-2) 2
    湍流长度尺度/m 0.00 384
    进气压力/Pa 137 725
    进气温度/K 333.15
    下载: 导出CSV

    表  4  两次喷射策略仿真方案

    序号 喷油比例 第一次喷油时刻 第二次喷油时刻
    Case1 5:5 425 ℃A 480 ℃A
    Case2 5:5 425 ℃A 500 ℃A
    Case3 5:5 425 ℃A 530 ℃A
    Case4 5:5 425 ℃A 560 ℃A
    Case5 5:5 425 ℃A 580 ℃A
    Case6 3:7 425 ℃A 最优第二次喷油时刻
    Case7 4:6 425 ℃A 最优第二次喷油时刻
    Case8 6:4 425 ℃A 最优第二次喷油时刻
    Case9 7:3 425 ℃A 最优第二次喷油时刻
    下载: 导出CSV
  • [1] 2018年中国汽车行业分析报告-市场运营态势与发展趋势预测[EB/OL].中国报告网.(2018-02-01)

    China's auto industry analysis report for 2018-Market operation trend and development trend forecast[EB/OL]. China reportnet. (2018-02-01) (in Chinese)
    [2] 赵志新.正丁醇/柴油混合燃料HCCI燃烧与排放特性的试验研究[D].西安: 长安大学, 2014

    Zhao Z X. Experimental study on HCCI combustion and emissions of n-butanol/diesel blend[D]. Xi'an: Chang'an University, 2014(in Chinese)
    [3] 冯渊, 居钰生, 范圣耀.汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究[J].小型内燃机与摩托车, 2010, 39(5):92-96 doi: 10.3969/j.issn.1671-0630.2010.05.025

    Feng Y, Ju Y S, Fan S Y. Survey of research situation on gasoline direct injection technology[J]. Small Internal Combustion Engine and Motorcycle, 2010, 39(5):92-96(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1671-0630.2010.05.025
    [4] 莫明立.汽油机缸内低压直喷技术研究与开发[D].乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2008

    Mo M L. Research and development of low pressure direct injection technology in gasoline engine cylinder[D]. Urumchi: Xinjiang Agricultural University, 2008(in Chinese)
    [5] 王建昕, 王志.高效清洁车用汽油机燃烧的研究进展[J].汽车安全与节能学报, 2010, 1(3):167-178 doi: 10.3969/j.issn.1676-8484.2010.03.001

    Wang J X, Wang Z. Research progress of high efficient and clean combustion of automotive gasoline engines[J]. Journal of Automotive Safety and Energy, 2010, 1(3):167-178(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1676-8484.2010.03.001
    [6] Ko··nigstein A, Hock C, Frensch M, et al. Comparison of advanced turbocharging technologies under steady-state and transient conditions[R]. SAE Paper, 2006-05-0364. SAE, 2006
    [7] Health Effects Institute. Diesel exhaust: a critical analysis of emissions, exposure, and health effects[R]. Cambridge, Ma, USA: Health Effects Institute, 1995
    [8] Spicher U, Reissing J, Kech J, et al. Gasoline direct Injection (GDI) engines-development potentialities[R]. SAE Paper, 1999-01-2938. SAE, 1999
    [9] 帅石金, 董哲林, 郑荣, 等.车用汽油机颗粒物生成机理及排放特性研究进展[J].内燃机学报, 2016, 34(2):105-116 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=nrjxb201602002

    Shuai S J, Dong Z L, Zheng R, et al. Review of formation mechanism and emission characteristics of particulate matter from automotive gasoline engines[J]. Transactions of CSICE, 2016, 34(2):105-116(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=nrjxb201602002
    [10] 王长宇, 黄英, 葛蕴珊, 等.汽车排放法规的发展历程和技术对策[J].车辆与动力技术, 2000(4):58-62 doi: 10.3969/j.issn.1009-4687.2000.04.013

    Wang C Y, Huang Y, Ge Y S, et al. Historical review of the automobile emission regulation and emission control technology[J]. Vehicle & Power Technology, 2000(4):58-62(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-4687.2000.04.013
    [11] 国家环境保护总局中中.GB 18352.3-2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)[S].北京: 中国标准出版社中出, 2005

    State Environmental Protection Administration of China. GB 18352.3-2005 Limits and measurement methods for emissions from light-duty vehicles[S]. Beijing: Standards Press of China, 2005(in Chinese)
    [12] 乔世杰.缸内直喷汽油机微粒生成过程的可视化研究[D].长春: 吉林大学, 2016

    Qiao S J. Optical research on particulate formation process of GDI engine[D]. Changchun: Jilin University, 2016(in Chinese)
    [13] 李婉笛.4G75缸内直喷汽油机颗粒物排放仿真研究[D].长春: 吉林大学, 2017

    Li W D. Simulation research on soot emission of 4G75 GDI engine[D]. Changchun: Jilin University, 2017(in Chinese)
    [14] 郑亮.用激光诱导炽光法研究燃烧过程中的碳烟生成特性[D].北京: 清华大学, 2014

    Zheng L. Research on soot formation characteristics in combustion process using laser induced incandescence[D]. Beijing: Tsinghua University, 2014(in Chinese)
    [15] 杨世春, 李君, 李德刚.缸内直喷汽油机技术发展趋势分析[J].车用发动机, 2007(5):8-13 doi: 10.3969/j.issn.1001-2222.2007.05.002

    Yang S C, Li J, Li D G. Analysis on development for gasoline direct injection technology[J]. Vehicle Engine, 2007(5):8-13(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-2222.2007.05.002
    [16] Lucchini T, D'Errico G, Onorati A, et al. Development of a CFD approach to model fuel-air mixing in gasoline direct-injection engines[R]. SAE Technical Papers, 2012-01-0146. SAE, 2012
  • 加载中
图(23) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  346
  • HTML全文浏览量:  127
  • PDF下载量:  23
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-10
  • 刊出日期:  2019-06-01

目录

    /

    返回文章
    返回