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.     

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%.     

复合燃烧技术在缸内直喷汽油机的应用探讨

汽车技术诞生的百余年中,发动机作为核心一直在不断突破,但其技术更新远不如车型风格演变那样简便,往往十数年都难以有大的进展,就好像一些车型引以为豪的VVT可变正时气门技术,其实也已经是上世纪的产物。而近年来,欧美的汽油缸内直喷技术开始从实验室走向市场,由此带来的发动机第三次革命也诞生了迄今最牛的汽油发动机技术——缸内直喷。文中介绍了缸内直喷汽油机的性能特点、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,以满足各种工况下缸内直喷汽油机对混合气的要求。     

基于控制的稀薄燃烧汽油机进气模型

提高电控汽油机空燃比控制精度是改善发动机燃油经济性、动力性和降低尾气污染的关键环节.针对稀薄燃烧汽油机的工作原理及其排放控制要求,提出了改进的基于发动机物理模型的稀薄燃烧汽油机空燃比的控制方案.对方案中稀薄燃烧汽油机进气模型进行了详细描述,利用自行研制的发动机电控系统,采用最小二乘法对模型的主要参数进行辨识,并对影响模型参数的主要因素进行了简要分析.结果表明,进气管时间常数是发动机转速和节气门开度的函数,节气门开度越大,时间常数越小.     

甲醇发动机缸内燃烧过程的多维数值模拟

针对甲醇作为发动机燃料的优缺点,通过CFD程序KIVE-3V对仿真甲醇发动机的缸内燃烧过程进行了多维数值模拟.通过模拟,得到了缸内压力、温度等大量实时数据信息,为甲醇发动机的研究提供依据.计算表明,甲醇发动机与汽油机相比,最高燃烧压力和压力升高率均有所提高,但升压分布均匀,整体处于汽油机水平,不会影响发动机正常运转;由于甲醇较快的燃烧速率,较短的燃烧期,致使最高燃烧温度低于汽油机,从而更有利于NO生成量的降低;同时CO的生成量也低于汽油机.     

低温等离子体汽油重整对稀燃极限影响的实验

为提高稀薄燃烧汽油机的稀燃极限,提出了一种借助低温等离子体,利用稀薄燃烧发动机排气中的氧气和水蒸气对燃油进行重整,以制得富氢的混合气体辅助发动机进行稀薄燃烧的方法．设计了一套等离子体排气重整系统,并对其进行了排气重整性能的研究．在一台稀燃发动机上进行了低温等离子体燃油重整对稀薄燃烧极限影响的实验,实验结果表明：利用等离子体排气重整系统,能够进一步扩大发动机的稀燃极限;重整比例每增大10％,发动机燃烧极限增大约1～2个空燃比单位．     

汽油机缸内直接喷射周向分层燃烧系统的实验研究

开发了一种新型的汽油机缸内直接喷射周向分层燃烧系统，详细分析了影响着火和工作稳定性的各个因素。对这些影响参数优化后实测了发动机的性能，并对发动机在各种工况下的燃烧特性进行了分析和比较。     

汽油机缸内直喷周向分层燃烧系统的试验研究

开发了一台采用缸内直喷周向分层燃烧系统的汽油机，对喷嘴型式，火花塞与油束相对位置，供油提前角，喷油压力，进气涡流比，喷油泵柱塞直径和压缩比等燃烧系统的主要参数进行了优化，得到了发动机燃用汽油时的最优参数，采用缸内直喷周向分层燃烧系统后，汽油机的热效率与柴油机的大致相当。     

汽油机分层废气再循环与稀薄混合气燃烧

为探索汽油机清洁燃烧技术途径 ,设计了 5气门汽油机馅饼状分层充气系统 ,试验对比了在分层充气前提下的稀燃和废气再循环对发动机排放特性的影响 ,并研究了两者叠加后对发动机性能的影响。试验结果表明 ,采用分层充气方式能够使废气再循环率达到 3 2 % ;在相同进气充量时 ,废气再循环与稀燃对改善 NOx 排放的效果基本相同 ;稀燃与废气再循环相结合可以获得比单纯稀燃或单纯废气再循环更好的综合性能 ,使 NOx 和 CO排放均降低到化学计量比无废气再循环情况下的排放指标的 10 %以下。稀燃与分层充气废气再循环相结合 ,简便可行 ,为研发低污染发动机提供了新思路     

稀燃条件下废气再循环对缸内直喷汽油机微粒排放粒径分布的影响

在一台壁面/空气导向组合式喷雾的汽油缸内直喷(GDI)发动机上进行废气再循环(EGR)实验,以研究稀燃条件下EGR对GDI发动机均质和分层模式下微粒排放粒径分布及燃烧的影响。实验结果表明:EGR的引入会抑制缸内燃烧,使缸压和瞬时放热率峰值降低、燃烧相位推迟、碳氢化合物排放增多;在均质和分层模式下随着EGR率升高,核态粒子数量浓度均呈先降后增的趋势,即存在最优EGR率使核态粒子数量浓度最低,均质模式下最优EGR率为8%,降幅为未加入EGR时的50%左右,而分层模式最优EGR率为5%,降幅只有20%左右;在分层模式下,积聚态粒子数量浓度随EGR率不断升高而持续降低;均质模式相较分层模式产生的积聚态粒子较少、核态粒子较多,2 000r/min相较1 500r/min产生的积聚态粒子较多、核态粒子较少。该结果可为直喷汽油机稀薄燃烧的微粒排放控制提供参考。     

单燃料天然气发动机控制系统设计与试验研究

以单缸汽油机为对象,研制了天然气发动机单燃料电控喷射系统,进行了发动机供气系统设计、点火系统改进、空燃比优化、电控系统研制及发动机控制参数匹配试验等研究工作,试验结果表明,采用天然气电控缸内直喷技术可有效提高发动机的充气效率,使天然气发动机的功率基本恢复到原汽油机的水平。     

EGR率对阿特金森发动机稀薄燃烧及排放的影响

基于1台1.5 L直列三缸缸内直喷汽油机,开展不同EGR率下的过量空气系数(λ)扫描试验,探究不同程度的稀薄燃烧工况下EGR率对燃烧和排放的影响。研究结果表明：EGR率和λ增大均会导致峰值压力下降,燃烧循环变动率增大,燃烧推后并且持续期延长。指示燃油消耗率随EGR率增加而增加,随λ增加先升高后降低。当EGR率为0、λ为1.15时,燃油消耗率出现最小值。引入EGR可大幅降低NOx排放,但会导致HC排放增多,通过一定程度的稀薄燃烧可以抑制HC上升。同时,稀薄燃烧对降低CO排放的效果也明显比EGR的效果大;当EGR率为0时,通过稀薄燃烧可使CO排放最大下降86.7%。因此,稀薄燃烧与适量EGR率(7%)耦合可作为降低发动机综合排放的一个有效手段。     

汽油掺烧甲醇裂解气的燃烧特性研究

为了评估掺烧甲醇裂解气对发动机燃烧特性的影响,基于某型发动机进行数值仿真与台架试验,运用CONVERGE建立其仿真模型,并通过发动机缸压对仿真模型进行标定,进而研究了汽油发动机掺烧甲醇裂解气后点火提前角、掺混比和过量空气系数对发动机燃烧特性的影响.结果表明:当其他条件相同时,平均指示压力随着点火提前角的增大先升高后降低;在最佳点火角下,掺烧甲醇裂解气发动机相比于原汽油机动力性变化不大时,指示热效率有所提高.当掺烧甲醇裂解气后,随着掺混比例的增加,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的升高,且燃烧速度加快,放热更加集中.当掺混比例一定时,随着过量空气系数的增大,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的降低,相应地可以通过改变掺混比例来适应过量空气系数的变化.同时甲醇裂解气的点火界限十分宽泛,当过量空气系数为1.4时,汽油已经难以点燃,燃烧恶化,当掺烧甲醇裂解气后,燃烧状况明显好转,可实现稀薄燃烧.由此可见:汽油掺烧甲醇裂解气可以改善燃烧特性,提高指示热效率;在汽油掺烧甲醇裂解气发动机上,利用稀薄燃烧、优化点火正时等,可以在发动机部分负荷工况下得到更好的燃油经济性.     

基于缸内压力振荡的冷EGR对汽油机爆震特性的影响

基于内燃机缸内压力波动方程研究了冷废气再循环(EGR)对汽油机爆震特性的影响.由KIVA-3V燃烧程序的三维流场推导出内燃机缸内压力波动方程,并分别从均值压力和波动压力角度来讨论冷EGR对汽油机爆震的影响规律.分析了不同冷EGR率下燃烧室温度、均值压力和波动压力等燃烧特性.结果表明:随着冷EGR率的增加,缸内燃烧温度、压力升高率大大降低,燃烧持续期明显增加;同时,缸内压力波动幅值明显降低而均值压力变化不大,可见引入适当的冷EGR率对汽油机高频压力振荡有很好的抑制作用.最后,对缸内压力波动进行频谱特性分析,探讨了燃烧室空腔共鸣和发动机爆震之间的关系.     

基于可视化系统的直喷天然气发动机喷射及燃烧特性研究

天然气作为一种最有前途的代用燃料在汽车发动机上的应用日益广泛。为提高天然气发动机的燃烧效率,采用缸内直喷技术;并通过位于喷嘴附近的火花塞点燃分层混合气,使天然气发动机在中低负荷下实现稀薄燃烧。对于直喷天然气发动机,研究喷雾贯穿距、喷雾锥角、循环波动和燃烧速度等喷射及燃烧特性具有重要意义。首先设计开发了用于观察天然气喷射及燃烧的可视化系统,拍摄不同实验条件下天然气喷射及燃烧过程。利用实验数据,分析了直喷天然气发动机的喷射及燃烧特性。     

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。     

用三维计算研究喷油参数对汽油缸内直喷的影响

汽油缸内直喷已成为新一代汽油机提高经济性、降低排放的重要手段 .在这种新型燃烧方式中 ,喷雾过程是重要的影响因素 .文中以一台家用轿车三缸发动机为对象 ,进行缸内过程的三维模拟计算 .就喷油参数对汽油缸内直喷的影响进行了分析 ,研究了喷油定时与喷油角度的作用 .结果表明 ,选择适当的喷雾参数对缸内混合气的形成、燃烧的组织等具有重要意义     

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.     

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.     

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.