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《河北農機雜志》2014年第十期

1邊界條件的設定

計算時設定的初始條件為表2所示，邊界條件為表3所示，而數學模型的選擇分別為：湍流模型，標準雙方程k-ε湍流模型；液滴蒸發模型，Dukowicz蒸發模型；湍流擴散模型，Enable模型；液滴破碎模型，TA模型；液滴碰壁模型，Walljet1碰壁模型；壁面處理設定為標準壁面函數。

2計算結果與分析

GDI發動機對噴射角度的要求很高。易于著火的混合氣既需要點火時刻在火花塞附近形成，又要盡量集中在球型燃燒室附近；由于噴射角度不同，燃油可能直接噴到活塞頂或氣缸壁上形成油膜濕壁，設計時應盡量避免燃油與活塞頂或氣缸壁相碰的情況發生，否則產生積碳使UBHC排放較高并稀釋潤滑油。噴射角度定義為噴油器與氣缸各自中心軸線之間的夾角。

圖2、圖3和圖4分別給出發動機轉速為4500r/min，噴油提前角為80°CAATDC，初始渦流比為1.5，噴射角度為60°、45°和30°時混合氣在氣缸內的分布情況。從圖2、圖3和圖4中可以看出，燃油順著氣流噴入氣缸中形成順時針的滾流造成燃油在縱向上輸運和分布。噴油初期的燃油貫穿距比較短，燃油未及時充分擴散，噴嘴附近存在燃油濃度較高的區域，隨著噴油的繼續，霧束貫穿距不斷增大，30°和45°噴射的霧束受大量順時針滾流的擠壓，霧束末端向進氣側翻折，有少量的燃油與活塞頂面碰撞，60°噴射的霧束受氣流經過氣門邊緣時產生的剪切力的影響，從而帶動霧束向排氣側移動過程中在缸底和缸壁產生燃油碰壁，由于燃油碰壁時空間反射不明顯而造成霧束直接碰壁使潤滑油稀釋，應盡量避免這種情況。當240°CAATDC時，帶動燃油移動向進氣側的滾流和氣缸壁的共同作用使燃油向上翻轉，從而使燃油和空氣充分混合，所以30°和45°噴射時進氣側燃油濃度比較高，60°噴油燃油擴散較好。

當340°CAATDC時，30°、45°和60°噴射均明顯在噴油嘴下方出現較濃區域。噴射角度為30°時，進氣側的混合氣較濃，排氣側的混合氣過稀；60°噴射時，混合氣總體當量比較大，缸壁處混合氣較濃，火花塞附近混合氣較稀，設計時應注意不要出現這種情況；45°噴射時，缸內出現最均勻混合氣，總體當量與靠近化學當量比為1，因此45°是較合適的噴射角度。下面是三種噴射角度的氣缸內燃油蒸氣質量隨曲軸轉角變化曲線圖（圖5）。圖中顯示的三條曲線很相近，燃油蒸發都比較好。靠近點火正時處，45°是最適合于均質燃燒模式的噴射角度。

3結論

在點火正時處，噴射角度為30°、45°和60°均在噴油嘴下方出現混合氣較濃的情況，設計時應盡量避免。其中，30°時，進氣側存在較濃混合氣，而排氣側存在過稀混合氣；60°時，混合氣總體當量比較大，然而缸壁處有較濃混合氣，火花塞附近有較稀混合氣；45°時，缸內混合氣比較均勻，適用于GDI的均質燃燒模式。

作者：柳青續彥芳單位：中北大學機械與動力工程學院