分层稀燃喷雾-壁面复合引导LPG缸内直喷增压发动机混合气形成过程的基础研究

建立描述高压LPG喷嘴内外流动过程的多相流数学模型，编译添加到现有 CFD软件中。由可视化（光学纹影法、激光片光散射法）实验和计算机数值解析揭示在气穴流动和减压沸腾双重作用下高压LPG喷束的分裂、碰撞和蒸发的喷雾形成机理。在此基础上，为了解决火花点火直喷增压发动机存在的火花塞电极附近混合气过浓、中小负荷HC、NOx排放较高的问题，本申请利用LPG辛烷值高、易蒸发汽化的特性提出了分层稀燃喷雾-壁面复合引导燃烧系统方案。它采用多孔喷嘴高压中心喷射，部分燃料喷向火花塞电极附近生成可燃混合气，而进入燃烧室凹坑的另外部分燃料则在进气涡流和凹坑内卷吸涡的作用下随活塞上行至火花塞附近；由激光诱导荧光法和数值解析探明不同喷嘴位置、喷射条件（喷射时期、喷雾形态、喷射压力）、活塞凹坑位置及形状、缸内气流运动、增压比以及EGR率等对混合气分层构造的影响，并将这些优化结果用于单缸LPG直喷增压发动机的开发。

按照项目计划书的研究计划，首先，将燃料过热度引起的蒸发量变化的微分式导入蒸发方程，建立并完善了描述气穴和减压沸腾现象的高压LPG 喷雾的数学模型。在此基础上，采用光学可视化测试（光学纹影法、激光诱导荧光（PLIF）法）和计算机数值模拟相结合的方法，从LPG旋流喷油器内部气穴流动现象到外部的喷雾发展过程、壁面引导中心喷射燃烧系统的均质燃烧和分层稀燃时缸内的流场、喷雾-壁面复合引导燃烧系统的缸内混合气形成机理等领域进行了探索性研究。反复优化结果表明了在接近点火时刻（20°CA BTDC）时从3孔喷油器的上部的2孔喷出的LPG喷雾和下部的1孔喷入燃烧室凹坑、在卷吸涡作用下引导至火花塞电极附近的LPG喷雾将交织在一起，在火花塞电极附近形成稳定的混合气分层构造，而整个燃烧室的空然比达到60:1以上。由本研究提出的：1）气穴流动和减压沸腾双重作用下高压LPG喷束的分裂、蒸发的喷雾形成机理；2）考虑针阀运动过程的LPG旋流喷油器内部气穴流动过程的研究方法；3）实现缸内混合气分层构造的直喷发动机喷雾-壁面复合引导燃烧系统；到目前为止国外也没有先例。完成的理论成果对于研发分层稀燃喷雾-壁面复合引导LPG直喷增压发动机具有重要的指导意义。