喷气策略对多点喷射天然气发动机燃烧及排放的影响

为了提高大缸径船用多点喷射稀薄燃烧天然气发动机在中低负荷下的缸内火焰传播速度及燃烧效率,进而优化发动机燃烧和排放,以喷气策略为切入点,采用台架试验与仿真两种方法,分别研究喷气方向与位置、喷气压力以及喷气时刻对发动机燃烧及排放的影响。结果表明：喷气方向与进气气流垂直可以增强扰动作用,喷气位置距气门远可以增加燃气射流在进气道中行进的距离,进而增加进气混合的均匀性,使浓混合气分布靠近火花塞,燃烧及排放明显改善;喷气压力采用较高的736.63 kPa时可以增加喷射动能,提高缸内湍流强度、进气混合均匀性同时适应缸内大尺度掺混,使燃烧和排放更优;随着喷气时刻的推迟,在点火时,缸内混合气形成明显的分层现象,混合气浓度自上而下逐渐降低,火花塞附近浓混合气利于火核发展,火焰传播速度加快,燃气燃烧效率提高。该文结果为实现大缸径船用天然气发动机高效清洁燃烧提供了理论依据。     

缸内直喷LNG发动机工作过程的数值模拟

以一台4气门车用汽油机改装的缸内直喷LNG发动机为研究对象,应用STAR-CD软件建立了缸内直喷LNG发动机工作过程的计算模型,对其工作过程进行了数值模拟,并分析了缸内直喷LNG发动机工作过程中缸内流场的动态特性及其温度场、压力场的变化.结果表明,在进气过程,进气道和气缸内会出现强烈的湍流运动;随着进气过程的持续,缸内压力会变得均匀;燃烧过程中,气缸内局部会出现温度过高.     

不同燃烧模式下正庚烷燃烧发动机排气超细颗粒特性

在改造的发动机上研究了正庚烷缸内直喷压燃（CIDI）、进气道喷射均质压燃（HCCI）以及进气道 气缸喷射复合燃烧（CCCI）3种燃烧模式的发动机排气超细颗粒特性.结果表明,排气超细颗粒数浓度-粒径分布曲线随预混合率变化显著;CIDI燃烧时,排气超细颗粒以积聚模态微粒为主.随着预混合率的增大,排气积聚模态微粒数浓度明显降低,而核模态数浓度则显著增大;正庚烷HCCI燃烧时发动机排气超细颗粒以核模态微粒为主,积聚模态微粒数浓度很低;正庚烷CCCI和HCCI燃烧时发动机排气总颗粒数浓度明显较CIDI燃烧时高.排气核模态数浓度与HC排放明显相关.     

汽油直喷发动机燃烧特性分析

通过试验研究了2.0 L汽油直喷(GDI)发动机在中、低转速和部分负荷下的燃烧特性,并与进气道喷射(PFI)发动机的燃烧特性进行了对比,同时分析了滚流比对GDI燃烧特性的影响.结果表明:在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa的工况下,GDI发动机的燃烧速度要低于PFI发动机的;发动机在中、低转速工况下,提高气道滚流比可以增强缸内气流运动强度,提高混合气的燃烧速度;当发动机转速达到3 000 r/min时,高滚流比会引起燃烧过程恶化.进气道翻板的应用可以提高低转速发动机的气流运动速度,加快缸内混合气的燃烧,改善低转速发动机的热效率.在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa工况下的计算流体力学分析结果显示,进气道翻板的关闭会增强缸内气流运动强度,提高可燃混合气分布的均匀性.     

氩氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性

在一台改装的直列双缸火花点火发动机上,将进气由空气改为具有更高比热比的氩气和氧气的混合气,进气道喷射天然气,研究了氩-氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性.结果表明,相比于空气氛围,氩-氧氛围下缸内离子电流信号强度显著增强;在氩气体积分数为79%及以下时,离子电流信号特征值与基于缸压计算的燃烧特征值具有很强的一致性;离子电流信号能够检测缸内的爆震燃烧,具有很好的可靠性,但对爆震强度的敏感程度较弱.     

弯曲进气道内外二维湍流流场数值分析与实验研究

本文应用有限体积法以二个埋入式弯曲进气管道内外流场进行了数值分析计算，其中用ＴＴＭ法生成了较为合理贴体曲线坐标网格，用ｋ－ε双方程形式湍流模型近似地模化了进气道内外的复杂湍流流声援笔有关实验数据对照后表明：来自进气道前方的进气气流一部分被管道吸入，另一部分沿着机体表面方向流过，管道进气口背风侧处存在一个明显分离区，进气道内部气流流动已经出现了严重畸变，数值计算和有关实验数据吻合得较好，为进一步研究     

内燃兰金循环发动机爆震控制试验

基于一台改造的双缸柴油机,结合自行开发的进气及缸内高温水喷射系统,针对高压缩比、高氧浓度下内燃兰金循环发动机爆震工况开展试验研究.结果表明,与空气进气相比,高氧浓度进气会导致爆震出现,通过对缸内压力进行傅里叶变换和带通滤波后得到的爆震强度可达0.26 MPa.在爆震工况下结合缸内高温高压水喷射策略,可以有效抑制爆震强度,维持缸内燃烧过程稳定,与此同时,高温高压水吸热蒸发汽化,有效提高系统热效率.     

气缸压力监测下车用多缸发动机燃烧状况分析系统

为了提高车用多缸发动机的运行效率，在气缸压力监测条件下，采用Visual Basic 6．0软件研究开发了多缸车用发动机燃烧状况分析系统。通过对气缸压力监测信号的去噪声处理，该系统能实现气缸压力数据、上止点信号、曲轴转角信号的实时采集以及燃烧状况的分析与数据处理。结果表明，随着过量空气系数n的增加，四缸发动机火花塞附近混合气浓度最高，混合气浓度随离火花塞的距离的增大而降低，导致燃烧时间加长；当过量空气系数n增至1.386时，起燃时间提前，起燃后快速燃烧，但燃烧结束的时间延长。根据燃烧状况分析结果，对多缸车用发动机的气缸压力与排气温度进行调节，使车用发动机的输出功率得到明显提高。     

燃烧与供油系统参数对二甲醚发动机热效率的影响

采用一部分二甲醚(DME)燃料在发动机进气管与空气预先混合形成均质混合气进入气缸,另一部分DME在压缩行程末期利用压燃式发动机的燃油喷射装置喷入燃烧室实现部分预混充量压缩着火与燃料直接喷射(PCCI-DI)燃烧,开展了燃烧与供油系统参数对DME PCCI-DI发动机热效率影响的试验研究.结果表明:在DME进气引导量为每循环31.6 mg的条件下,采用5孔、φ0.32 mm的喷油嘴,16 MPa的启喷压力,较低的涡流比和推迟喷油,可改善TY1100 DME PCCI-DI发动机的热效率,使发动机在较宽广的转速和负荷范围内稳定运转.     

活塞式煤油直喷航空发动机燃烧特性试验研究

基于自主研制的活塞式航空煤油直喷发动机及其台架试验系统,针对煤油航空发动机中低负荷工况燃烧稳定性差这一突出问题,围绕喷射截止时刻、点火提前角以及过量空气系数等影响航空发动机混合气形成及燃烧质量的关键因素,进行了煤油直喷航空发动机部分负荷燃烧特性及其稳定性的试验研究.结果表明:当喷射截止时刻(EOIT)于进气行程初期时,发动机燃烧特性及稳定性较好,但是到进气行程末期时,发动机的循环波动升高,动力性变差.当点火提前角过大时,混合气形成较差,无法形成稳定的火核中心,也会致使发动机动力性变差.活塞式航空煤油直喷发动机需要采用较浓的混合气,当过量空气系数为0.8时,在不同的EOIT的变化下,发动机动力性存在最优的工况点,此时的平均指示压力pe最大值约为0.394 5 MPa.     

495汽油机进气系统的改进及其进气过程的三维数值模拟

对495汽油机的进气道和燃烧室进行了改进,运用流体分析软件FIRE对改进前后的进气系统进行了较为全面的模拟计算,获得了其内部流场的详细状况,并做了对比分析.实测了改进后不同气门升程下的进气流量,并与模拟计算值进行比较,计算和实验结果基本吻合.结果表明改进后的495汽油机进气系统有更好的流动特性,也验证了三维数值模拟的正确性.     

四气门汽油机工作过程的瞬态模拟计算

利用AVL - Fire软件,建立某汽油机的气道及缸内流动区域在进气、压缩和做功行程的动态网格,并在此基础上模拟计算三维数值,分析不同行程气道及缸内气体速度、湍流动能、温度和压力的分布情况,获得更详细的流场信息,为该汽油机的设计提供相关理论依据和参考.     

内燃机进气稳态流动的数值模拟

利用ＳＩＭＰＬＥ方法，在适体正交曲线坐标网格下计算了内燃机进气过程中固定气阀升程的红内稳态流场。与实验结果对比，得到了合理的速度场及湍动能分布。发现气阀出口截面上的流动不能简单处理成出口或入口；大升程时气阀边缘处速度很高，此处的结构对流量系数有较大的影响。     

四气门火花点火式发动机缸内的空气运动

在倒拖工况下对四气门火花点火式发动机缸内空气运动进行了实验研究和分析,采用加长活塞结构及透明活塞顶,利用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）,分别对气缸轴线上、燃烧室内和气缸上部两个平面上的速度进行了测量,结果表明：在进气过程中,抿内产生了双涡结构;在压缩过程初期,由于从进气门流向排气门侧的滚动涡旋逐渐增强,而另一侧的反向涡旋逐渐减弱,形成了单一大尺度的滚动涡流;在压缩过程中后期,滚流经历了加强、衰减、变形     

不同气缸首先着火起动后发动机排气特性模拟

分别利用GT-Power和FIRE软件建立了天然气发动机一维仿真模型和排气系统三维模型,并实现了二者的耦合计算.模拟结果得到了试验验证.对4缸天然气发动机起动过程中不同气缸首先着火后,排气系统内气体流动和温度分布特性进行了模拟研究.结果表明：起动阶段第1个循环未着过火的气缸在排气过程中存在废气回流到气缸的现象,并推迟了废气向排气系统排出;不同气缸首次着火后,各缸排气歧管结构的差异引起排气系统中废气的流动和温度分布的不同.优化选择首个着火气缸进行起动,可以使催化器入口排气温度场分布更均匀,其中,第2缸首先着火起动后催化器入口流速均匀性指数最高,温度分布均匀,高温气体所占截面面积的比例最大.但不同气缸首次着火起动对排气流动和温度分布的影响主要表现在前3个发动机工作循环,此后这种差异消失.     

4气门直喷式柴油机进气系统研究及设计

分析了 4气门直喷式柴油机进气系统的技术特点和设计要点 ,详细阐述了 4气门进气系统在提高进气量、改善油气混合和可变涡流强度等方面的优点 通过对 4气门进气系统不同进气道组合的比较 ,指出长切向气道与短螺旋气道的组合有利于产生较大的进气涡流 结合缸盖设计 ,讨论了气门的布置方式及配气机构的设计 4气门柴油机辅以增压、高压燃油喷射和废气再循环等技术的支持和匹配 ,可以改善燃烧、净化排放 ,提高动力性和经济性 ,满足未来更严格的排放法规     

直喷式柴油机进气涡流的预测及与油束的匹配

燃烧室内的空气运动对燃烧过程有重要影响 ,然而实际发动机的缸内气流运动不便直接测量 本文根据稳流气道试验台的试验结果 ,建立了进气涡流预测模型 ,将稳流试验与实际进气过程有机地联系起来 根据所建立模型的模拟计算结果 ,对试验样机的进气道进行改进 改进后的进气道所产生的进气涡流与油束匹配良好 ,降低了发动机的燃油耗和排气温度     

Atkinson循环汽油机小负荷燃油经济性优化

为优化汽油机小负荷区域燃油经济性,通过分析进气相位对汽油机小负荷工况燃油经济性影响规律。调整进气正时参数,推迟进气晚关角,优化进气门开启持续期,实现Atkinson循环发动机耗油率的下降。研究结果表明:采用Atkinson循环的发动机,在膨胀比增加的基础上,配合VVT及进气门开启持续期的调整,可以提升燃油经济性并降低泵气损失。提高几何压缩比由10.5增加到12.0,配合调整VVT和进气门开启持续期,利用曲柄连杆运动规律控制有效压缩比到10.7。选择进气门晚关角为下止点后100 CA、进气门开启持续期为270 CA时燃油经济性达到最优,对比原发动机性能效果改善17.96%,同时泵气损失降低13.96%。因此该优化方案为发动机油耗的改善,提供了一种有效的参考。     

四气门直喷式柴油机进气过程缸内流场的模拟研究

利用缸内三维流场测量装置,运用热线风速仪在稳流模拟试验台上研究了四气门直喷式柴油机进气过程的缸内流场特性,并与两气门直喷式柴油机进行了比较,揭示了四气门直喷式柴油进气涡流的形成过程及气门开度对其影响的变化规律。两气门直喷式柴油机进行涡流主要由进气门轴线至气缸轴线附近的强气流产生,缸内主涡流出现在进气门下方,副涡流较弱;四气门直喷式柴油机的进气涡流主要由气缸周边处的强气流产生,缸内主涡流出现在两进气