两段喷射直喷式汽油机燃烧系统的混合气形成规律

针对一般直喷式汽油机燃烧系统设计复杂的问题,研究开发了一种以两段喷射作为分层稀燃混合气形成主要手段的汽油缸内直喷式燃烧系统。该文用三维模拟计算和试验的方法研究了两段喷射控制分层混合气形成的基本规律。研究结果表明:一次喷油时刻存在着最佳值,过早过晚都使喷雾碰壁,不利于混合气的形成和燃烧。二次喷油时刻也存在最佳值,在进气上止点后250°CA进行二次喷油,可使火花塞周围的混合气在点火时刻较适宜,有利于点火。两次喷射油量之比对混合气的形成有显著影响,当其控制在1/3左右时,缸内混合气的分层结构较为合理。     

引燃油喷射时刻对着火特性和压力振荡影响的研究

为提高天然气/柴油双燃料船用低速发动机低负荷时的燃烧稳定性、避免高负荷时爆震发生,采用三维数值模拟的方法,研究了实际双燃料发动机中引燃油喷射时刻对缸内混合气的着火/燃烧特性及缸内压力振荡的影响.结果表明:甲烷当量比为0.38的工况,引燃油喷射时刻的推迟会造成缸内甲烷/空气混合气的着火时刻和燃烧相位推迟,缸内压力减小且爆压相位滞后;当喷射时刻推迟至2.0°CABTDC时,缸内压力峰值低于10 MPa,说明燃烧严重恶化,甚至出现失火现象.甲烷当量比为0.50的工况,引燃油喷射时刻的推迟使缸内压力振荡幅度增大且振荡发生的时刻推迟,当喷油时刻推迟至2.0°CABTDC时,甲烷/空气混合气在引燃油喷射之前发生自燃;此外,喷油时刻的推迟会导致火焰发展速度加快且火焰前端燃烧更为剧烈,易在靠近壁面的狭小空间内产生压力振荡.     

乙醇DI对汽油PI发动机性能与爆震的影响

文章在一台汽油缸内直喷发动机的基础上,建立了发动机的三维计算模型,标定了原机的喷雾模型和燃烧模型,并在此基础上进行了乙醇缸内直喷(ethanol direct injection,EDI)+汽油进气道喷射(gasoline port injection,GPI)的仿真模拟,研究EDI喷油时刻、点火时刻、进气温度对发动机缸内混合气的形成、燃烧、排放的影响和乙醇燃料特性对爆震抑制的贡献率。仿真模拟结果表明:通过改变EDI喷油时刻,影响乙醇的蒸发雾化程度,在缸内形成不同程度的混合气当量比分布;喷油时刻在上止点前250°CA时,缸内混合气均匀,产生最佳的燃烧相位。在最大爆震极限火花提前时,通过进气加热抵消乙醇汽化潜热的影响,得出乙醇高汽化潜热和高火焰传播速度对OH自由基的抑制率分别为23.5%、76.5%。     

缸内直喷汽油机低速混合气形成过程研究

通过Hydsim搭建的多孔喷油器一维仿真模型分析了针阀开启与关闭阶段喷油参数的变化,并使用FIRE软件对15 MPa喷油压力下的定容室喷雾进行了数值模拟及模型标定. 在此基础上,以一涡轮增压缸内直喷汽油机为研究对象,对比数值模拟与实验结果,分析了滚流比及喷油时刻对低速工况缸内混合气形成过程的影响. 结果表明,对2000 r/min全负荷工况,采用较高滚流比可增强缸内气流运动,促进燃油快速蒸发并形成更加均匀的混合气,而适当的喷油时刻可减少燃油碰壁,改善混合气浓度分布,从而更利于燃烧及发动机性能的提升.      

缸内直喷汽油机复合燃烧技术

针对缸内直喷汽油机(GDI)存在的主要排放未燃HC和NOx问题,提出了燃烧理论空燃比的复合喷射燃烧技术,运用了废气再循环(EGR)分层技术.复合喷射通过稳压腔辅助喷射燃油和缸内直接喷射燃油,使缸内形成准均质混合气,以满足各种工况下GDI对混合气的要求.在负荷由小到大直至满负荷的范围内都可避免出现过稀区、过浓区,这利于燃烧并减少HC排放;利用在进气管上设计的独特的废气通道,通过滚流分层充气方法,将进气冲程再循环的废气和油气分层,以形成废气-油气-废气馅饼状分层,从而提高了废气再循环率,降低了NOx排放.两种技术的结合,可以解决GDI发动机存在的主要排放问题.实验证明:复合燃烧系统与EGR分层充气技术的有效结合,可以在各种工况下降低NOx排放,降低量为61%;可以降低冷启动时的HC排放,降低量至少为50%.     

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。     

喷油参数对汽油机冷起动可燃混合气形成的影响

采用计算流体力学软件对进气道喷射汽油机冷起动时前3个循环可燃混合气的形成进行了三维数值计算,采用多组分燃油模型研究了喷油量、喷油时刻、喷油位置、燃油温度以及2次喷射对混合气形成的影响规律。结果表明:随着喷油量的增加,缸内当量比线性上升,但过高油量将抑制燃油蒸发;在闭阀喷射时,过早喷油使得燃油蒸发率下降,进气阀背面喷油位置的燃油蒸发率大于进气道底面;在开阀喷射时,混合气形成不均匀,气阀内侧缸内附壁油膜最少,当量比最大;燃油温度过高可抑制油膜蒸发;2次喷射有益于缸内当量比提高,附壁油膜减少。     

米勒循环结合两次喷射对缸内直喷发动机起动工况下混合气的影响

为探究直喷发动机第二次喷油时刻、两次喷油比例对燃油蒸发与混合气形成质量的影响，在一台汽油缸内直喷(GDI)发动机进气门早关(EIVC)米勒循环单次喷射的基础上，采用控制变量的方法，在两次喷油量相同的情况下，设计了7组不同的第二次喷油时刻方案，并在最优喷油正时的基础上，设计了6组不同喷油比例的方案进行试验。结果表明：在压缩冲程中后期，缸内湍动能随着喷油重心的后移而增强；随着二次喷油正时的推迟，更多的燃油附着位置从活塞顶部转向缸套表面；当二次喷油正时为进气上止点后150°曲轴转角、喷油比例为2∶1时，附壁油膜蒸发效果最佳，点火时刻缸内残余油膜量最少，较原机下降95%,并且该条件下当量比分布良好，在火花塞附近形成了当量比为1.3的微浓混合气，有助于火核的形成。     

喷油策略对直喷汽油机快速起动的影响

运用CFD(computational fluid dynamics)手段,对一款缸内直喷汽油机快速起动工况中的二次喷油策略进行分析研究.结果表明:过早的初次喷油会在活塞表面形成大量的油膜,导致燃油蒸发量过少,使得缸内混合气过稀,无法满足点火要求;第一次喷油越迟,滞留在排气门坑处的浓混合气越多,导致未燃碳氢排放增加,常温初次喷油时刻应设定在270°CA(曲轴转角)~240°CA BTDC(上止点前)范围内;相较于第一次喷油,在压缩过程中的第二次喷油对壁面油膜的影响较小,早于90°CA BTDC的喷油会导致液滴与缸套发生较多的碰撞;根据仿真结果,常温冷机起动的第二次喷油时刻应当设定在90°CA BTDC之后.     

低压EGR对增压直喷汽油机燃烧和油耗的影响

基于一台增压直喷米勒循环发动机,加装低压废气再循环系统(LP-EGR),通过改变EGR率,研究LP-EGR对汽油机燃烧和油耗的影响。研究结果表明:在中小负荷工况下,EGR通过降低泵气损失来减小发动机油耗,油耗最高能减小8.41%;在大负荷工况下,EGR通过抑制爆震,修正点火时刻来降低油耗,油耗最高能减小5.67%;在近全负荷工况下,EGR通过降低排气温度,减少"过喷油"来降低油耗,油耗可减小20.4%。在燃烧方面,EGR会导致燃烧放缓,燃烧循环变动增大。随着EGR率的增大,着火时刻推迟,燃烧持续期增大,最大放热率降低,缸内最高温度降低;由于优化了点火提前角,缸内最高压力增大。     

燃料特性和工况对直喷汽油机微粒排放的影响

在一台四缸增压直喷式汽油机上研究了其微粒粒径分布特性,考察了燃料属性(T90温度、乙醇添加)、发动机运行工况参数(负荷、点火时刻等)、喷射策略(喷射时刻、2次喷射)对微粒粒径分布以及微粒数目的影响规律.研究发现:T90温度对微粒排放有显著的影响,T90温度升高,微粒排放增加;增压直喷式汽油在中等负荷下的微粒排放浓度最高,在大负荷下由于轨压升高和高温排气的氧化,最大微粒排放浓度反而减小;汽油中添加10%的乙醇可以使得微粒排放适度减少;较早的喷射时刻使得燃料蒸发时间延长,混合气更加均匀,有助于减少微粒排放;而2次喷射有助于抑制微粒排放,选择合适的第2次喷射时刻,可使其抑制效果最佳;点火时刻对微粒排放影响显著,推迟点火可以减少直喷式汽油机的微粒排放.     

燃油预热改善直喷柴油机性能与排放研究

为了在传统柴油机上实现同时降低NOx和碳烟排放的准均质预混合燃烧,采用在高压油泵后加热流经高压油管柴油的方法,在一台单缸柴油机上就高温柴油对发动机燃烧和排放的影响开展了台架试验研究．通过在进气中添加低比例的二氧化碳气体,对采用燃油加热实现柴油准均质混合气压燃燃烧过程进行了探索性研究;同时应用KIVA3V对高温燃油喷射对混合气形成的影响进行了模拟研究．结果表明：高温燃油能够促进喷雾雾化和预混合气的形成,且对应一个最佳的温度范围,通过适当增大供油提前角到上止点前32°,采用大流量的多孔喷嘴缩短喷射持续期,以及进气中添加少量二氧化碳等措施,可以实现直喷式柴油机准均质预混合燃烧,达到同时降低NOx和碳烟的目的．     

伞帘喷雾燃烧系统喷雾特性的试验研究

柴油机伞帘喷雾燃烧系统通过喷嘴与特殊燃烧室的配合,主要依靠燃油喷雾与壁面的相互作用来促进混合气形成和燃烧,在载油泵试验台上,应用闪光摄影法,研究了压力容器内该燃烧系统的宏观喷雾特性,试验结果表明,中心喷雾碰撞燃烧室底面平台后形成准伞状喷雾,侧向喷雾碰撞燃烧室侧面凸缘后形成帘状喷雾。无论是否存在壁面限制,侧向喷雾锥角变化的总趋势是经过较短时间的减小后达到稳定。喷雾碰壁过程中的侧向喷雾锥角稳定值小于相     

喷油时刻对高速缸内直喷汽油机性能的影响

汽油缸内直喷（gasoline direct injection, GDI ）技术有利于发动机的进气过程,表现出较好的NOx 排放和燃油经济性,被广泛运用于乘用车领域。喷油起始时刻（start of injection, SOI ）严重影响着缸内油气混合的均匀性,进而对发动机的燃烧和排放性能产生影响。本文通过Converge软件对某款高速GDI发动机进行仿真分析,研究不同SOI条件下发动机的性能变化。研究结果表明：发动机高速运行时,在缸内气流和燃油束气流的共同作用下,缸内左侧形成强滚流团,混合油气向进气侧方向聚集。随SOI延后,喷雾撞壁时刻推迟,燃油在缸内的破碎效果得到加强,但不利于顶面油膜蒸发,火花塞处形成不同浓度的混合油气。对比发现400° CA为最佳喷油时刻,此时缸内油气混合均匀性最好,燃烧重心提前,缸内最大爆压达到10.5 MPa,动力性能和燃油经济性得到提升;燃油的充分燃烧以及缸内燃烧温度的增加使CO和THC排放减少,但NOx排放有所增加。     

4190型船用中速柴油机配气相位优化仿真

以4190型船用中速柴油机为研究对象,利用MATLAB/Simulink软件建立柴油机工作过程仿真模型,通过仿真结果与实验数据的对比,验证模型的正确性。将该模型的配气相位偏移量进行由负到正的变化,得出其对柴油机功率、扭矩、燃油消耗率、缸内最高温度、最高爆发压力、NOx排放、排气温度、充气效率的影响规律。仿真结果确定了4190型柴油机最佳配气相位值:进气提前角66℃A;进气滞后角54℃A;排气提前角58℃A;排气滞后角56℃A。为4190型柴油机的性能优化改造提供了理论依据。     

降低二冲程摩托车废气排放的技术措施

个绍了国内外近年来在降低二冲程摩托车废气排放方面所采取的主要技术措施，分析比较了各种措施在结构、净化效果和成本等方面的特点，指出：对现有二冲程摩托化油器进行高速使混合气变稀，并改进化油器进气道形状，是降低二冲程摩托车废气排放的最简单且有效的措施；采用缸内燃料直接喷射技术是唯一能很好解决二冲程摩托车废气排放的技术措施；与采用缸内燃料直接喷射技术相比，分层扫气的结构简单、成本低，净化效果比化油器混合气稀化好，是一种值得进一步研究的净化措施。     

Computational and experimental study on TR combustion system of diesel

一种应用在135柴油机上的新型燃烧系统TR(Three-Rapidity),是由收口深坑ω形燃烧室改进而成,在壁面设置导向圆弧,并与带中孔的多孔喷嘴相匹配.应用STAR-CD软件对TR燃烧系统在50%负荷下的工作过程进行三维数值模拟,并与原机燃烧系统相比较.结果表明,TR燃烧系统的着火点控制在上止点附近,增加了预混合燃烧的比重.采用导向圆弧、缩口燃烧室和中孔喷射,气流运动更加剧烈,燃油空间分布合理,空气利用充分,减少壁面散热损失,并具有良好的冷启动性能.在135单缸柴油机上进行试验研究,和原机相比TR燃烧系统具有良好的烟度排放特性,NOx排放在中小负荷低于原机排放,在高负荷则有所增加,可通过推迟喷油来解决.TR燃烧系统在降低柴油机排放方面具有较大的潜力,对原机结构改动较少,具有广阔的应用前景.     

柴油机伞帘喷雾燃烧系统的试验研究

在四气门单缸柴油机上研究了伞帘喷雾(UCS)燃烧系统性能．结合喷油过程测试结果和缸内空气运动数值模拟结果，综合分析了试验结果．结果表明，与原机相比，UCS系统的燃油经济性明显提高，烟度、最高燃烧压力、排气温度和NOx排放明显降低．这归因于喷雾碰壁引起的喷雾体积和空气卷吸量增加及燃油的二次雾化．但在中低负荷工况，由于壁面温度低，其CO和HC排放量明显高于原机．它在上止点后着火；着火时，准伞形喷雾和帘状喷雾的扩展范围已很大．