涡轮增压汽油机产生超级爆震的仿真分析

涡轮增压汽油机产生超级爆震的仿真分析

汽油机小型化是改善燃油经济性和降低CO2排放的重要措施。实现汽油机小型化的过程中，需要结合涡轮增压技术，但随着增压比和功率密度的不断提高，汽油机在低速、高负荷工况下将产生低速预点火（LSPI）现象，也被称为超级爆震，由此产生的缸内压力波动会造成活塞顶部烧蚀、曲柄连杆弯曲，使汽油机发生损坏。因而，LSPI现象成为汽油机小型化的最大障碍。通过仿真的方法对LSPI现象进行分析，便于确定出影响LSPI的汽油特性参数和汽油机参数，以实现对LSPI的控制。

主要借助商业化计算流体动力学（CFD）软件CONVERGE进行仿真研究。仿真将LSPI的产生分解为以下几个基本过程：润滑油-燃油液滴的形成过程、润滑油-燃油液滴破碎过程、润滑油-燃油液滴加热和蒸发过程、润滑油-燃油液滴蒸发成分的扩散过程、润滑油-燃油蒸气点火过程和润滑油-燃油蒸气稳定火焰的成形过程。对这些过程进行模拟，首先将润滑油-燃油的粘度、表面张力、蒸发热、蒸气压力、导热系数、密度和比热容表示为温度函数；之后对润滑油-燃油液滴的缸内动力学特性进行模拟，常用雷诺平均Navier-Stokes方程表示汽油机缸内流场的动力学特性，并采用RNG模型表示流场运动产生的湍流，由此建立缸内润滑油-燃油液滴和蒸气燃烧的气相化学方程，同时采用CONVERGE软件中自带的SAGE求解器对气相化学方程进行求解。仿真结果表明，进入燃烧室内的润滑油与燃油形成的润滑油-燃油液滴是产生LSPI现象的主要原因，较短的点火延迟是造成LSPI现象的另一个主要原因。

AshutoshGuptaetal.SAE 2016-01-2278.

编译：陈丁跃