渦輪增壓汽油機(jī)產(chǎn)生超級(jí)爆震的仿真分析

汽油機(jī)小型化是改善燃油經(jīng)濟(jì)性和降低CO2排放的重要措施。實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)小型化的過(guò)程中，需要結(jié)合渦輪增壓技術(shù)，但隨著增壓比和功率密度的不斷提高，汽油機(jī)在低速、高負(fù)荷工況下將產(chǎn)生低速預(yù)點(diǎn)火（LSPI）現(xiàn)象，也被稱(chēng)為超級(jí)爆震，由此產(chǎn)生的缸內(nèi)壓力波動(dòng)會(huì)造成活塞頂部燒蝕、曲柄連桿彎曲，使汽油機(jī)發(fā)生損壞。因而，LSPI現(xiàn)象成為汽油機(jī)小型化的最大障礙。通過(guò)仿真的方法對(duì)LSPI現(xiàn)象進(jìn)行分析，便于確定出影響LSPI的汽油特性參數(shù)和汽油機(jī)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)LSPI的控制。

主要借助商業(yè)化計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件CONVERGE進(jìn)行仿真研究。仿真將LSPI的產(chǎn)生分解為以下幾個(gè)基本過(guò)程：潤(rùn)滑油-燃油液滴的形成過(guò)程、潤(rùn)滑油-燃油液滴破碎過(guò)程、潤(rùn)滑油-燃油液滴加熱和蒸發(fā)過(guò)程、潤(rùn)滑油-燃油液滴蒸發(fā)成分的擴(kuò)散過(guò)程、潤(rùn)滑油-燃油蒸氣點(diǎn)火過(guò)程和潤(rùn)滑油-燃油蒸氣穩(wěn)定火焰的成形過(guò)程。對(duì)這些過(guò)程進(jìn)行模擬，首先將潤(rùn)滑油-燃油的粘度、表面張力、蒸發(fā)熱、蒸氣壓力、導(dǎo)熱系數(shù)、密度和比熱容表示為溫度函數(shù)；之后對(duì)潤(rùn)滑油-燃油液滴的缸內(nèi)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行模擬，常用雷諾平均Navier-Stokes方程表示汽油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)特性，并采用RNG模型表示流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的湍流，由此建立缸內(nèi)潤(rùn)滑油-燃油液滴和蒸氣燃燒的氣相化學(xué)方程，同時(shí)采用CONVERGE軟件中自帶的SAGE求解器對(duì)氣相化學(xué)方程進(jìn)行求解。仿真結(jié)果表明，進(jìn)入燃燒室內(nèi)的潤(rùn)滑油與燃油形成的潤(rùn)滑油-燃油液滴是產(chǎn)生LSPI現(xiàn)象的主要原因，較短的點(diǎn)火延遲是造成LSPI現(xiàn)象的另一個(gè)主要原因。

AshutoshGuptaetal.SAE 2016-01-2278.

編譯：陳丁躍