孫朝棟,許伯彥,張壽榮

(1.山東建筑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.山東交通職業(yè)學(xué)院 泰山分院，山東 泰安271000)

?

二沖程直噴汽油機(jī)混合氣形成的數(shù)值解析研究

孫朝棟1,許伯彥*,張壽榮2

(1.山東建筑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.山東交通職業(yè)學(xué)院 泰山分院，山東 泰安271000)

二沖程汽油機(jī)具有升功率高、做功密度大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。文章依據(jù)四沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了區(qū)別于傳統(tǒng)的曲軸箱掃氣形式的、具有彎曲活塞頂?shù)谋诿嬉龑?dǎo)式二沖程直噴汽油機(jī)的分層稀薄燃燒系統(tǒng)，利用紋影實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值解析計(jì)算方法的可行性，使用AVL Fire軟件數(shù)值模擬了壁面引導(dǎo)式二沖程直噴汽油機(jī)在不同負(fù)荷工況(4800 r/min)時(shí)缸內(nèi)混合氣形成的過(guò)程。結(jié)果表明：在部分負(fù)荷工況時(shí)，燃油在壓縮過(guò)程中后期噴射，接近點(diǎn)火時(shí)刻(25°CA BTDC)火花塞電極附近形成了理想的可燃分層混合氣構(gòu)造，燃燒室的整體空燃比可達(dá)到40:1；在大負(fù)荷工況時(shí)，燃油在掃氣后期噴射，接近活塞壓縮終了氣缸內(nèi)可形成均質(zhì)可燃混合氣，且不造成燃油短路。

二沖程直噴汽油機(jī)；壁面引導(dǎo)；混合氣；數(shù)值解析

0　引言

當(dāng)前，汽車的排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)重。學(xué)者們通過(guò)不斷的研究來(lái)探索降低燃油消耗和排放的途徑。近10年來(lái)，成功應(yīng)用于四沖程汽油機(jī)上的缸內(nèi)直噴技術(shù)明顯的提高了發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷工況的經(jīng)濟(jì)性和燃燒效率[1]。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)(GDI)將燃油直接噴入氣缸，噴油正時(shí)控制靈活，即可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)當(dāng)量比和分層稀薄燃燒兩種混合氣形成方式。采用分層稀薄燃燒技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)稀燃的界限擴(kuò)大至整體空燃比為40:1以上，這與傳統(tǒng)的FPI系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，可以節(jié)省20%～30%的燃油消耗量[2]。目前，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)混合氣分層稀薄燃燒技術(shù)主要有兩種方式[3]，(1) 噴霧引導(dǎo)直接將燃油蒸汽噴射傳送至火花塞周圍的區(qū)域形成可燃的分層混合氣。宋東先等研究了六孔噴油器中置噴霧引導(dǎo)分層稀薄燃燒的節(jié)油效果[4]； Kim等模擬了噴霧引導(dǎo)缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程和燃燒的過(guò)程[5]；(2) 壁面引導(dǎo)利用特殊活塞形狀并配合缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)把燃油傳送至火花塞周圍區(qū)域，在火花塞電極附近形成可燃的分層混合氣。日本的三菱、豐田等公司開發(fā)的機(jī)型均采用壁面引導(dǎo)的燃燒系統(tǒng)[6]。

二沖程汽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、機(jī)械損失少、做功密度大、升功率高及便于維修等優(yōu)點(diǎn)[7]，被廣泛的應(yīng)用于摩托車、游艇、小型農(nóng)用機(jī)械上。但是傳統(tǒng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣效率低，且在掃氣過(guò)程中易產(chǎn)生燃油短路現(xiàn)象，造成燃油經(jīng)濟(jì)性差和未燃HC排放升高的問(wèn)題。成功應(yīng)用于四沖程汽油機(jī)的缸內(nèi)直噴技術(shù)為解決二沖程汽油機(jī)存在的問(wèn)題提供了可能的途徑，為此，近年來(lái)國(guó)際上關(guān)于二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的研究報(bào)道相繼出現(xiàn)。Markus等使用排量148cc的發(fā)動(dòng)機(jī)采用傳統(tǒng)的曲軸箱掃氣方式，火花塞位于氣缸的中心，噴油器偏置，當(dāng)排氣口接近或完全關(guān)閉時(shí)燃油開始噴射，以希望獲得缸內(nèi)盡可能均質(zhì)的混合氣，研究表明了在3000 rpm、汽油噴射壓力P=4.5 MPa時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油耗和排放得到了明顯改善[8]。Beck等使用激光多普勒測(cè)速儀調(diào)查了兩沖程直噴汽油機(jī)的火花塞間隙附近的混合氣流動(dòng)速度[9]。Nagesh等使用排量25.4 cc的二沖程汽

油機(jī)，采用進(jìn)氣口汽油噴射，研究了分層掃氣給與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、排放性能的影響[10]。顧維東等使用排量98cc汽油機(jī)，數(shù)值模擬了采用直噴技術(shù)后缸內(nèi)的流場(chǎng)，表明了低速低負(fù)荷工況時(shí)適當(dāng)?shù)赝七t噴油時(shí)刻將有利于分層混合氣的形成[11]。李新海等對(duì)傳統(tǒng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行了缸內(nèi)混合氣形成及燃燒的仿真模擬[12]，但檢索表明文章提出的壁面引導(dǎo)式二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的研究還幾乎未見(jiàn)報(bào)道。借鑒四沖程直噴汽油機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合二沖程汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，提出了一種區(qū)別于傳統(tǒng)的曲軸箱掃氣形式的、具有彎曲活塞頂?shù)谋诿嬉龑?dǎo)式二沖程直噴汽油機(jī)的分層稀薄燃燒系統(tǒng)。在利用紋影實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了采用的計(jì)算方法可行性的基礎(chǔ)上，使用AVL Fire軟件數(shù)值解析了壁面引導(dǎo)式二沖程直噴汽油機(jī)在在部分負(fù)荷工況時(shí)分層混合氣的形成過(guò)程。

1　二沖程“壁面引導(dǎo)”燃燒系統(tǒng)

二沖程掃氣方式?jīng)Q定了缸內(nèi)的氣體流動(dòng)過(guò)程難以控制，不易形成理想的缸內(nèi)混合氣分層形態(tài)。借鑒四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，在氣缸蓋上僅設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)氣閥，由ECU控制自由設(shè)定進(jìn)氣閥開關(guān)時(shí)刻，并與缸壁上的排氣口掃氣時(shí)間相配合，形成直流掃氣。它能夠期待進(jìn)一步降低低負(fù)荷時(shí)的缸內(nèi)殘余廢氣量、獲得更高的掃氣效率。具體為在氣缸蓋上僅設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)氣閥及縱向進(jìn)氣道，采用旋流汽油噴油器，形成的進(jìn)氣滾流與燃油噴霧角度、彎曲活塞頂相配合，排氣口仍在氣缸下部，在壓縮過(guò)程接近終了時(shí)在火花塞電極近傍形成易于著火的濃混合氣，而整個(gè)燃燒室形成分層混合氣的二沖程“壁面引導(dǎo)”燃燒系統(tǒng)，其原理示意圖如圖1所示。

圖1　壁面引導(dǎo)式二沖程直噴發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2　計(jì)算模型及模擬方法

2.1計(jì)算網(wǎng)格的建立

計(jì)算模型的主要參數(shù)見(jiàn)表1[13]。根據(jù)表1的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用建模軟件Pro.E建立二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)體模型，再將實(shí)體模型導(dǎo)入Fire軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖2所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行至壓縮沖程中后期進(jìn)氣已經(jīng)結(jié)束，氣缸進(jìn)氣道部分已不再發(fā)揮作用，所以為了簡(jiǎn)化計(jì)算、節(jié)省時(shí)間，在掃氣沖程與做功、壓縮沖程采用兩套不同的網(wǎng)格，其中，掃氣沖程的網(wǎng)格帶有進(jìn)氣道，做功沖程及進(jìn)氣終了后的壓縮沖程的網(wǎng)格不帶進(jìn)氣道。為提高計(jì)算準(zhǔn)確度,對(duì)進(jìn)氣門附近網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理?；钊竭_(dá)上止點(diǎn)時(shí)網(wǎng)格數(shù)為25768，活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)網(wǎng)格數(shù)為365443。

圖2　壁面引導(dǎo)式二沖程直噴發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算網(wǎng)格模型 (a)實(shí)體模型；(b)活塞位于下止點(diǎn)；(c)活塞位于上止點(diǎn)；(d)網(wǎng)格剖面圖

排量/cc缸徑×行程/mm壓縮比(有效壓縮比)噴射壓力/MPa進(jìn)氣閥直徑/mm排氣口寬×高/mm進(jìn)氣閥開/關(guān)時(shí)刻排氣道開/關(guān)時(shí)刻31075×7010.1(8)53043×14.5開BBDC50°CA關(guān)ABDC75°CA開BBDC63°CA關(guān)ABDC63°CA

2.2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證所建模型的可行性和計(jì)算方法的正確性，建立了一套紋影可視化裝置，具體為汽缸蓋采用透明材料，在氣缸蓋上安裝一個(gè)與排氣口方向相反的內(nèi)窺鏡拍攝噴霧過(guò)程[14]，其規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2，工作原理如圖3所示。在仿真模擬過(guò)程中采用與實(shí)驗(yàn)相同的條件，實(shí)驗(yàn)在轉(zhuǎn)速為1700 rpm、噴射壓力為5 MPa的條件下進(jìn)行。得到模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析獲得最終的結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的圖像與采用Fire軟件模擬得出的結(jié)果對(duì)比圖如圖4所示。結(jié)果表明噴射時(shí)刻為65 °CABTDC，在燃油霧化的過(guò)程中，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所獲得的結(jié)果幾乎完全一致，從而證明了求解器及建立模型的可行性。另利用紋影法來(lái)觀察汽油的噴霧特性，在試驗(yàn)中使用三菱GDI發(fā)動(dòng)機(jī)用高壓旋流噴嘴，實(shí)驗(yàn)噴霧特性與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析圖如圖5所示，旋流噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的噴霧形態(tài)及貫穿距相吻合，從而驗(yàn)證模擬計(jì)算方法以及求解過(guò)程的正確性。

表2　實(shí)驗(yàn)臺(tái)架參數(shù)

圖3　二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)理圖及計(jì)算模型圖(a)可視化原理圖；(b)計(jì)算模型

圖4　二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)混合氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比圖 (a)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；(b)模擬結(jié)果圖

2.3控制方程的離散化及求解方法

模擬方法應(yīng)用基于體積控制的有限容積法，在離散化過(guò)程中，為求得流場(chǎng)壓力—速度的耦合使用 SIMPLE 法。尺度方程、能量方程和湍流方程選擇一階迎風(fēng)差分方式，動(dòng)量方程選用MINMOD 差分方式，連續(xù)方程選用中心差分方式。代數(shù)方程組由循環(huán)迭代計(jì)算求解，在求解過(guò)程中引入松弛因子控制每個(gè)計(jì)算循環(huán)變量的更新速度以增強(qiáng)計(jì)算的穩(wěn)定性和收斂性[15]。采用的松弛因子有：壓強(qiáng)為0.3、動(dòng)量為0.5、湍流能量為0.3、湍流消散率為0.4、能量為0.8、質(zhì)量原相為1、黏性為1、標(biāo)量為0.8和組分傳輸為0.8。

圖5　噴霧特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果圖/mm (a)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；(b)模擬結(jié)果圖

3　混合氣形成計(jì)算結(jié)果與分析

3.1部分負(fù)荷工況下混合氣形成結(jié)果比較分析

在部分負(fù)荷工況下分別解析了不同噴射時(shí)刻(70、60和50 °CA BTDC)缸內(nèi)混合氣的分布情況，

如圖6所示。計(jì)算條件為轉(zhuǎn)速4800 rpm、噴射壓力5 MPa、噴射持續(xù)時(shí)間10 °CA、噴孔直徑0.5 mm。

圖6(a)表明在70 °CA BTDC時(shí)刻噴油時(shí)，從氣缸一側(cè)噴入缸內(nèi)的噴霧在活塞頂曲面和缸內(nèi)氣流的引導(dǎo)下達(dá)了火花塞電極附近，點(diǎn)火時(shí)刻(25 °CA BTDC)在火花塞電極附近實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)分層混合氣的構(gòu)造，但是較濃混合氣緊貼屋脊型燃燒室頂部，這使得相對(duì)冷態(tài)的汽缸壁對(duì)火焰產(chǎn)生的熱與活化基物物質(zhì)起著吸收的作用，火焰在汽缸壁表面產(chǎn)生激冷與淬熄現(xiàn)象，導(dǎo)致HC排放量增加，則該時(shí)刻噴油過(guò)早。圖6(b)表明在噴油時(shí)刻60 °CA BTDC噴油時(shí)，噴霧在活塞頂曲面和缸內(nèi)氣流的引導(dǎo)下到達(dá)火花塞電極附近，點(diǎn)火時(shí)刻火花塞附近的混合氣較濃，且較濃區(qū)域距燃燒室頂壁面有一定距離，這樣盡可能減少了HC的排放量。較濃區(qū)域的混合氣達(dá)到了理論空燃比，而整個(gè)燃燒室內(nèi)的空燃比可以達(dá)到40:1，實(shí)現(xiàn)了較好的分層混合氣構(gòu)造。圖6(c) 表明在噴油時(shí)刻50 °CA BTDC噴油時(shí)，噴霧雖然被活塞頂曲面和缸內(nèi)氣流的引導(dǎo)，但是由于噴油時(shí)刻較晚，沒(méi)有足夠的時(shí)間將燃油引導(dǎo)到火花塞附近并形成可燃的分層混合氣，大部分燃油附著在活塞頂曲面上。綜上所述，部分負(fù)荷工況時(shí)，應(yīng)選擇在60 °CA BTDC時(shí)刻噴油，可以在點(diǎn)火時(shí)刻火花塞電極附近形成可燃的分層混合氣。

圖6　不同負(fù)荷工況的分層混合氣解析結(jié)果圖(a) 噴油時(shí)刻為70 °CA BTDC時(shí)，缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程；(b) 噴油時(shí)刻為60 °CA BTDC時(shí)，缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程；(c) 噴油時(shí)刻為50°CA BTDC時(shí)，缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程

3.2大負(fù)荷工況下混合氣形成結(jié)果比較分析

發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工況下工作時(shí)，缸內(nèi)要形成均質(zhì)混合氣以提供足夠的動(dòng)力。由于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)循環(huán)兩個(gè)沖程做一次功的特點(diǎn)，從燃油噴射到形成混合氣的時(shí)間非常短，為得到均質(zhì)混合氣要盡可能早的噴油。但過(guò)早的噴油會(huì)導(dǎo)致燃油隨廢氣從排氣道排出形成短路，造成燃油的浪費(fèi)和空氣的污染，所以必須要嚴(yán)格控制噴油時(shí)刻，既不能過(guò)早噴射導(dǎo)致燃油從排氣道中排出，又不能噴油過(guò)晚而不能形成均質(zhì)的混合氣導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒不均勻甚至熄火。為此，解析了轉(zhuǎn)速4800 rpm、噴射持續(xù)時(shí)間22 °CA、噴孔直徑Φ=0.5 mm條件下不同噴射時(shí)刻(15、25 °CA ABDC)的混合氣形成的結(jié)果如圖7(a)、(b)所示。

如圖7(a)所示，燃油在15 °CA ABDC時(shí)刻噴射，雖然在點(diǎn)火時(shí)刻(25 °CA BTDC)形成了均質(zhì)混合氣，但在排氣道內(nèi)可以明顯看到有燃油排出，說(shuō)明此時(shí)刻噴油過(guò)早，燃油易于隨廢氣排出形成短路，造成燃油浪費(fèi)；圖7(b)表明，燃油在25°CA ABDC時(shí)刻噴射，在點(diǎn)火時(shí)刻形成了均質(zhì)的可燃混合氣且燃料沒(méi)有從排氣道排出。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)噴油時(shí)刻的原則是在燃油不隨廢氣排出的前提下越早噴射越好，在25°CA ABDC噴射時(shí)燃油已不隨氣流排出，所以也不必再對(duì)25 °CA ABDC后的噴射時(shí)刻進(jìn)行模擬。

圖7　大負(fù)荷工況的混合氣解析結(jié)果圖(a)噴射時(shí)刻為15 °CA ABDC時(shí)，缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程；(b)噴射時(shí)刻為25 °CA ABDC時(shí)，缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程

4　結(jié)論

通過(guò)上述研究可知：

(1) 提出了一種區(qū)別于傳統(tǒng)的曲軸箱掃氣形式的、具有縱向進(jìn)氣道和彎曲活塞頂?shù)谋诿嬉龑?dǎo)式二沖程直噴汽油機(jī)的分層稀薄燃燒系統(tǒng),利用驗(yàn)證過(guò)的數(shù)學(xué)模型對(duì)壁面引導(dǎo)二沖程直噴汽油機(jī)的混合氣形成過(guò)程進(jìn)行了分析。

(2) 部分負(fù)荷工況時(shí)，采用旋流噴油器、進(jìn)行60～70 °CA BTDC汽油噴射，并接近點(diǎn)火時(shí)刻時(shí)，在火花塞電極附近形成了理想的分層混合氣，而整個(gè)燃燒室的空燃比可達(dá)到40:1。

(3) 大負(fù)荷工況時(shí)，在25 °CA ABDC左右噴油較為合適，此時(shí)刻噴油可以形成均質(zhì)的可燃混合氣，且燃油不會(huì)因燃油“短路”現(xiàn)象直接排除造成未燃HC化合物的排放，避免了燃油的浪費(fèi)和大氣污染。

[1]許伯彥,張現(xiàn)成,徐娟,等.噴霧—壁面復(fù)合引導(dǎo)LPG直噴發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成過(guò)程的數(shù)值解析[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2014,32(6):520-526.

[2]于云飛.分層稀薄燃燒LPG缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的數(shù)值模擬[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué),2014.

[3]王建昕, 帥石金.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理[M].北京：清華大學(xué)出版社,2011.

[4]宋東先,謝 輝,王 帥,等.中置多孔噴油器噴霧引導(dǎo)分層燃燒節(jié)油效果研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2015,33(2):129-135.

[5]Sung J. K..,Young N. K. ,Je-Hyung L.. Analysis of the In-Cylinder Flow, Mixture Formation and Combustion Processes in a Spray-Guided GDI Engine[C]. 2008 World Congress & Exhibition, Warrendale:Society of Automotive Engineers, 2008.

[6]Yamamoto S.,Tanaka D.,Takemura J.,etal..Mixingcontrol and combustion in gasoline direct injection engines for reducing cold-start emissions[C]. SAE Paper, SAE 2001 World Congress & Exhibition, Warrendale: Society of Automotive Engineers, 2001.

[7]陳登.二沖程缸內(nèi)直噴汽油機(jī)掃氣和噴油過(guò)程的多位數(shù)值模擬[D].天津：天津大學(xué),2005.

[8]BartoliniC.M.,CaresanaF.,VincenziG..ExperimentalAnalysisofaTwo-StrokeDirectInjectionEnginePrototype[C]. 2001SmallEngineTechnologyConferenceandExhibition,Warrendale:SocietyofAutomotiveEngineers, 2001.

[9]MarkusB.,KaiS.,ChristianD.,,et al..InvestigationoftheFlowVelocityintheSparkPlugGapofaTwo-StrokeGasolineEngineusingLaser-Doppler-Anemometry[C]. 2011Enginecombustionandemissions.Warrendale:SocietyofAutomotiveEngineers, 2011.

[10]NageshM.,SharuR.,VinayakaM.Multi-LayerStratified(MuLS)Two-StrokeEngine[C]. 2012SmallEngineTechnologyConference&Exhibition,Warrendale:SocietyofAutomotiveEngineers, 2012.

[11]顧維東,楊延相,蔡曉林,等.FAI二沖程直噴汽油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)的多維數(shù)值模擬研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2007, 25(2):150-156.

[12]李新海,許伯彥,張壽榮,等.采用旋流噴油器的二沖程直噴汽油機(jī)混合氣形成過(guò)程的數(shù)值解析[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī),2014,215:23-27.

[13]袁兆成.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)(第二版) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[14]黃露,張凡,帥石金,等.甲醇與汽油混合氣形成的可視化試驗(yàn)與數(shù)值模擬[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī),2008,175:8-12.

[15]解茂昭.內(nèi)燃機(jī)計(jì)算燃燒學(xué)( 第二版) [M].大連：大連理工大學(xué)出版社,2005.

(學(xué)科責(zé)編：吳芹)

Numerical simulation of stratified mixture formation for two-stroke engine direct injection gasoline

Sun Chaodong1, Xu Boyan，Zhang Shourong2

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2. Taishan Campus, Shandong Transport Vocational College, Taian 271000, China)

Two-stroke gasoline engine has the advantages of high power density, rising power, stable operation, simple structure etc. According to the structure characteristics of the direct injection four stroke engines, the paper put forward a wall guided combustion system used in two-stroke engine which is different from traditional forms of crankcase scavenging structure. By using the schlieren experiment the feasibility of the numerical analytical method is verified. With the validation of the feasibility about calculation method in using the schlieren experiment. Stratified mixture formation in part load condition(4800r/min) for the new combustion system was numerically simulated. Simulation results show that gasoline spray forms a stable richer stratified mixture around the spark plug at the middle and later post-compression process injected in part load conditions, and the maximum global air-fuel ratio reaches 40, and the fuel wouldn’t get out of cylinder and could form a homogeneous mixture at scavenging schedule later injected in full load conditions.

two-stroke DI engine; wall guided combustion system; mixture formation; numerical simulation

2015-10-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51376113)

孫朝棟(1990-)，男，在讀碩士，主要從事內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程的數(shù)值模擬等方面的研究. E-mail:sunchaodong2008@163.com

*：許伯彥(1953-),男，教授，博士，主要從事內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放控制等方面的研究.E-mail:xubyyy@163.com

1673-7644(2016)02-0153-06

TK411

A