1．目的及意义

1．目的及意义

1.1设计选题的目的和意义

随着社会经济的快速发展，汽车成为人们生活中不可或缺的交通工具，逐步走进千家万户，方便了百姓的工作和生活。据公安部交管局统计，截至2016年底，全国机动车保有量达2.9亿辆，其中汽车1.94亿辆；机动车驾驶人3.6亿人，其中汽车驾驶人超过3.1亿人；2016年新注册登记的汽车达2752万辆，保有量净增2212万辆，均为历史最高水平。但是随着汽车保有量的日益增加，越来越多问题显现出来。大多数汽车使用的都是不可再生的化石燃料，因此，整个汽车行业的蓬勃发展必将带动化石燃料的巨大消耗，大量的石油消耗必将增加我国对外石油的依存度，为了解决这一问题，将发动机的节能降耗问题提上日程就显得尤为重要。随着能源危机问题的日益严峻，节能减排已成为当今内燃机行业的重要研究课题。同时，全国汽车总量持续增加所带来的环境污染也越来越得到国家和人民的重视，环境保护工作迫在眉睫。因此在2016年初，国家相关部门制定国家第五阶段机动车污染物排放标准，国五规定全国自2017年1月1日起，所有制造、进口、销售和注册的轻型汽油车、重型柴油车（公交车、客车、环卫、邮政服务）均应符合国五标准要求，相比于之前的国四排放标准，国五排放标准可减少轻型车氮氧化物排放量的25%，重型卡车氮氧化物排放量的43%。中国在尾气排放强制性规定方面越来越严格，传统的进气道喷射汽油机已经跟不上时代的需要，缸内直喷汽油机在燃油消耗量上以及尾气排放上的优势已经越来越受到各大汽车厂商的重视。与传统的进气道喷射汽油机相比，缸内直喷汽油机具备更佳的经济性、排放性及瞬态响应性等，故而 GDI 汽油机已受到越来越多车企及研究机构的青睐。

由于 GDI 汽油机的油气是分别进入缸内，混合气在缸内形成，缸内的温度，压力等都会影响到混合气的形成，故而 GDI 汽油机的喷油策略，如喷油压力，喷油次数，喷油时刻等对汽油机的燃烧特性，污染物排放有深刻影响。例如采用二次喷油策略，改变两次喷油的比例会影响到缸内的最高压力及最高温度。例如改变喷油压力，则会改变燃烧持续期。适当提高压力可以缩短持续期，过高的压力会使滞燃期及持续期延长。例如喷油时刻过早或过晚，都会使碳烟排放量增加。因此，针对不同的工况，适当改变其喷油策略，可以极大的提高内燃机的燃烧性能及降低其排放。

1.2国内外关于该论题的研究现状

缸内直喷汽油机由于其在动力性、经济性、排放性能等方面的出色表现和巨大潜力，已成为未来汽油机工业发展的重要方向。但是相对于 PFI 发动机，其油气混合时间缩短，导致其混合情况恶化，故适当的调整喷射策略可以获得更好的油气混合，有利于火焰的快速传播，使发动机的性能得到提高。

M.Costa,U.Sorge等通过试验和数值分析技术分析在 HOS 稀燃运行的 GDI 发动机中分层喷射的影响，发现在均匀分层汽油直喷发动机中分层喷射，具有高燃烧效率和低污染物排放的特点。Choongsik Bae,Jungseo Park对单缸发动机进行实验以研究多次喷射对喷雾导向直喷火花点火发动机分层燃烧特性的影响。结果显示，两次喷射增加了分层混合物的局部均匀性。碳氢化合物和一氧化碳排放量也显著下降。而三次喷射则会导致喷射正时的窗口变窄。Jingeun Song,Taehoon Kima,JihwanJang ,Sungwook Park获取缸内压力和高速火焰图像评估燃烧特性，并进行 KIVA 模拟以观察缸内流动和燃料喷射扩散过程，得出结论；两次喷射策略利用由喷射运动引起的额外湍流来增加发动机功率。

国内在GDI发动机喷射策略方面起步较晚。陶友东等人通过 AVL-Fire 软件对 GDI 发动机的几何模型进行模拟，发现在固定喷油时刻的情况下，点火时刻混合气均匀性随二次喷油的比例下降而上升。李钰怀等人认为多次喷射能实现雾束与空气的多次能量交换，促进燃油的空间雾化，且燃油早期喷射增加了油气混合时间，均有利于在缸内形成均匀的油气分布。庞昌乐等人认为，在喷油量相同的情况下，采用两次喷油策略，能够促进混合气均匀程度，降低碳烟排放。庄祝乐等人发现， GDI 发动机的喷油时刻影响到颗粒物排放，比如说在1500/min的情况下，低负荷条件下的最佳颗粒物排放点位于=332°，高负荷条件下的位于=283°。李雁飞等人发现，提高喷射压力的情况下，能够提高喷雾的贯穿速度，降低油滴直径，改善混合气质量。背压过高则相反，会使油滴直径增大。柳青认为进气行程喷油过早过晚都不利于均质混合气的形成。喷油过早，容易在活塞头部形成油膜，导致燃油雾化混合不好，缸内火花塞附近混合气较浓，其他区域混合气较稀；喷油过晚，燃油与空气混合时间不充分，压缩上止点处，仍有少量未蒸发完的燃油，混合气质量较差。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1基本内容与目标

本文将对 GDI 汽油机三维模型进行模拟，采用 CONVERGE 分析软件对燃烧排放性能进行分析。通过改变其喷油次数，喷油正时，喷油压力，喷油量等喷油参数，观察其燃烧排放特性的变化，从而得出 GDI 汽油机喷油策略设计及其对燃烧排放性能的影响。

（1）阅读关于 GDI 汽油机喷油策略方面的文献资料，学习相关的理论知识，了解评价汽油机燃烧排放性能的指标。

（2）学习 CONVERGE 软件的资料，了解软件的应用情况，学习并掌握软件的使用方法，对现有发动机模型进行模拟测试，得出更改前和更改后一系列性能参数。