进气道结构对混动发动机滚流和燃烧影响

以某1.5L混合动力增压直喷汽油机为研究对象,利用稳态气道试验台架和三维仿真工具,研究了不同结构进气道对缸内稳态、瞬态滚流强度和燃烧性能的影响.研究中设计了4款不同滚流比进气道,对不同方案进行了稳态气道芯盒吹风试验,并将试验结果与三维仿真分析结果进行对比;利用三维仿真软件计算了不同进气时刻缸内瞬态滚流比、瞬态湍动能、缸...     

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.     

排气再循环与燃烧边界条件耦合对增压汽油机有效热效率的影响

在一台小型增压进气道喷射汽油机上开展了排气再循环技术与关键燃烧边界协同性对发动机燃油经济性和燃烧循环波动影响的试验研究。结果表明:增压技术、排气再循环技术和压缩比协同控制较为重要,协同性明显影响燃油经济性和燃烧循环波动;转速为2 000r/min、负荷为0.2~0.4 MPa时排气再循环对燃油经济性改善不明显;转速为1 500~2 500r/min、负荷为0.6~1.0MPa时排气再循环率对汽油机燃油经济性改善明显,燃油消耗率降幅为2%~7%;考虑高能点火系统本身能耗,转速为2 000r/min、负荷为0.2~1.0MPa时多重火花电容放电的高能点火系统对燃油经济性改善不明显,但循环波动得到了改善;对于上市整车匹配1.6L进气道喷射汽油机,采取集增压技术、排气再循环技术、高滚流进气道和1.3L排量措施后的进气道喷射汽油机的整车循环油耗降低了8.86%,整车具备达到相应油耗水平的潜力。     

喷油时刻对缸内直喷汽油机性能的影响

通过对某涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动、混合气形成及燃烧过程的数值模拟,并借助发动机台架试验中获得的油耗、排放及燃烧数据,研究了喷油开始时刻对发动机性能的影响.结果显示,对于5 000r.min-1工况,喷油开始时刻为400°曲轴转角是混合气雾化混合的最佳方案,此时混合气分布比较均匀且点火时刻火花塞附近具有较高的湍动能,10%～90%燃烧持续期最短且HC排放较低,从而使其具有最佳的燃油经济性与燃烧稳定性.而2 000r.min-1工况的最佳喷油开始时刻推迟了30°曲轴转角.喷油提前,壁面油膜量增加,混合气当量比下降及火花塞附近较低的湍动能使得燃烧速率降低,因此HC排放、燃油经济性及燃烧稳定性均会变差.同样的情况也出现在推迟喷油中,由于混合不充分使得点火时刻混合气均匀度下降,从而使发动机性能恶化.     

对置活塞二冲程柴油机喷油角度对油气混合的影响

对于对置活塞对置气缸(OPOC)柴油机燃烧组织困难的特点,利用AVL FIRE软件对该型样机不同的喷油策略进行模拟计算,对比分析不同喷油方案下的缸内湍动能、缸内平均温度分布、缸内压力分布以及燃烧累积放热量对燃烧性能的影响。结果表明:优化喷油方向是改善燃烧的有效手段,其中优化喷油角度可以有利于湍动能的形成,更好地促进组织燃烧,从而提高柴油机的性能。     

车用四气门汽油机气道及缸内流场的瞬态模拟

为指导结构设计，缩短开发周期，在486QE车用四气门汽油机研发过程中，利用计算流体力学软件Star-CD对其气道及缸内流场进行了瞬态模拟．采用基于模板的动网格生成技术，快速生成计算网格，计算并给出了速度场和湍动能场．模拟结果表明，气道内流场未出现死区和逆向流动，气道结构设计合理；缸内流场中出现明显的滚流，在压缩上止点以大尺度滚流的状态存在，高湍动能区位于火花塞附近，有利于火焰传播．样机的台架试验数据表明，功率、油耗、扭矩和排放指标都达到了预期目标值．     

基于AVL-FIRE的SAI发动机缸内流场仿真简

针对通用汽油机的充气技术,提出缸侧辅助充气(SAI,Side Air Injection)方法,通过优化缸内气流在中小负荷实现分层稀薄燃烧.以168F通用汽油机为原型,使用AVL-BOOST计算出初始条件,再运用AVL-FIRE仿真分析在不同辅助充气压力下SAI发动机对缸内速度场、湍动能和当量比的影响.分析表明:SAI发动机可在火花塞周围形成尺度大涡流强的分层混合气,可提高燃烧速率,改善汽油机稀薄燃烧着火稳定性.     

基于AVL-FIRE的SAI发动机缸内流场仿真

针对通用汽油机的充气技术,提出缸侧辅助充气(SAI,Side Air Injection)方法,通过优化缸内气流在中小负荷实现分层稀薄燃烧.以168F通用汽油机为原型,使用AVL-BOOST计算出初始条件,再运用AVL-FIRE仿真分析在不同辅助充气压力下SAI发动机对缸内速度场、湍动能和当量比的影响.分析表明:SAI发动机可在火花塞周围形成尺度大涡流强的分层混合气,可提高燃烧速率,改善汽油机稀薄燃烧着火稳定性.     

缸内直喷汽油机进气道优化设计研究

针对一款缸内直喷汽油机的原始进气道,应用计算流体力学软件Converge建立了三维稳态流动计算模型,在对模型进行试验标定后,对结构优化设计后的新进气道进行了仿真计算。研究结果表明,所建立的三维稳态计算模型能够较为准确的模拟计算进气道的滚流比和流量系数;新优化设计的进气道能够在不明显改变流量系数的前提下,较大幅度提升滚流比。最终获得了提升气道滚流比的优化设计结果。     

增压状态下汽油机进气道性能评价及流通特性分析

针对某增压汽油机开发过程中进气道性能评价问题,建立了三维稳态及瞬态仿真模型,研究了增压状态下进气道无量纲流量系数、总体流量、缸内流动及喉口流速的变化规律．结果表明：随着进气压差的增大,气道无量纲流量系数明显降低,最大降幅达11％,但总体流量仍呈增长趋势;增压以后,气流速度大幅提升,大气门升程下,气门阀座处产生分离涡旋运动,加剧缸内扰动,有利于加快燃烧速度,降低爆震倾向;同时,气道流通截面流速增大,最高进气马赫数为0．46,处于安全范围．综合各项数据,判定该气道性能满足增压机型需求．     

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.      

四气门汽油机进气道流动特性的CFD分析

为提高某四气门汽油机的进气道性能,利用三维流体动力学软件AVL-Fire,模拟计算其稳流试验台的三维数值.通过对原气道的分析,发现结构不合理之处,并依据实际要求提出了改进方案,然后对新方案进气道重新模拟分析.结果表明,初步改进后的气道在流通特性上有明显的提高.     

PFI汽油机油气混合过程三维瞬态数值模拟

以KIVA程序作为三维瞬态模拟软件,对进气道喷油式汽油机(PFI汽油机)采用闭阀喷射模式在3 500 r/min全负荷工况以及800 r/min怠速工况下单个工作循环内的油气混合过程进行了计算研究.计算表明两工况有着相似的燃油蒸气浓度分布状况,并且点火前时刻两工况下缸内的混合气浓度分布都比较均匀,空燃比的变化范围不大.计算还表明,800 r/min怠速工况下的燃油蒸发状况明显劣于3 500 r/min全负荷工况,该工况下气道内不仅存在附壁油膜,而且部分油膜不能在本循环完全蒸发,致使点火时刻缸内的燃油蒸气浓度明显低于3 500 r/min工况下的燃油蒸气浓度.     

直喷汽油机颗粒物生成及排放特性研究进展

通过对缸内直喷汽油机颗粒物生成机理、排放特性以及影响因素的研究进行综述,了解到直喷汽油机碳烟的生成主要源于缸内壁面油膜的池火燃烧和局部混合气过浓的影响,多环芳香烃是碳烟生成的主要前驱物;直喷汽油机颗粒物排放要高于进气道喷射汽油机以及装有颗粒捕集器的柴油机,并且与发动机运行及控制参数、混合气组织方式、燃油理化特性等有较大关系,通过优化燃烧组织措施,采用含氧燃料等方法能有效降低颗粒物排放.     

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.     

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。     

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。     

汽油机进气道参数化优化设计

针对汽油机进气道性能对缸内空气流动影响较大、传统经验优化主观性强且效率较低的问题,提出了一种基于气道局部变形及旋转的参数化优化方法。采用控制点对进气道局部变形及整体旋转进行控制从而实现进气道变形的参数化,并采用粒子图像测速对该模型进行了验证。对各控制变量及优化目标进行实验设计及贡献度分析,识别出对流量系数及滚流比贡献度较大的控制变量。以提高流量系数及滚流比为目标,采用第二代非劣排序遗传算法对识别的控制变量进行多目标优化,根据寻优结果得到性能最优的进气道几何模型。结果表明:优化后的进气道在滚流比基本不变的情况下,流量系数由0.490变为0.526,提升了7.35%,优化效果较好。所提方法能够一次性得到接近理论帕累托前沿的最优解集,并根据需求选择最优的进气道几何模型,实用性较强且效率较高。     

甲醇缸内直喷复合导流分层燃烧系统的优化研究

综合缸内直喷发动机壁面引导、喷雾引导和气流引导分层燃烧系统的特点,在一台柴油机改造的火花点火发动机上,开展了甲醇缸内直喷复合导流分层燃烧的研究.对影响燃烧系统性能的导流面位置、火花塞伸出缸盖的距离、涡流比、供油提前角、点火提前角、喷油器启喷压力、喷油嘴形式等主要参数进行了优化.优化后的甲醇发动机可以实现过量空气系数为2.23的分层燃烧,在1 500r/min时扭矩为135 N·m(是同工况下原柴油机的65.5%),热效率达到29.7%,较好地实现了分层燃烧系统的优化匹配.     

采用非同步进气正时和增压器匹配提升天然气发动机的低速性能

为了提升由增压汽油机改造的天然气发动机的低速性能,设计了同步进气和非同步进气结合增压器匹配的优化方案,并通过台架试验和数值模拟的方法研究了各方案对天然气发动机性能的影响。天然气发动机匹配比原汽油机小的增压器显著提高了低速时的增压比,进而增加了进气流量。采用比原汽油机进气持续角和进气迟闭角小的同步进气方案,减小了发动机低速时的进气末期回流,使得低速时进气流量显著增加;在此基础上,采用非同步进气方案,其中一个进气门的进气持续角进一步减小,导致低速时进气流量进一步增加,相对原机方案进气流量最大增加了46%,而另一个进气门进气持续角和进气迟闭角较大,保证了高速时可充分进气。采用非同步进气方案时缸内流动状况得到改善,最大燃烧放热率显著增加,燃烧持续期略有缩短。天然气发动机的性能经过优化后,相比原汽油机,低速扭矩最大提高了55.6%,经济性也有所改善,低速燃气消耗率最大降低了8.1%。