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。     

基于AVL-BOOST的米勒循环发动机性能分析研究

传统奥托循环发动机的燃油消耗率较高,经济性较差,不能满足日益严格的油耗法规和混合动力汽车的要求,因此改善发动机燃油经济性变得日益迫切。在混合动力发动机上采用米勒循环、EGR(废气再循环)以及高压缩比等技术均有利于降低燃油消耗率。在新设计的进气凸轮工作转角下,研究了EGR率、气门正时、压缩比等主要因素对发动机进气过程、泵气损失、燃烧过程以及发动机性能的影响规律。结果表明:推迟进气门关闭时刻,有利于降低缸内燃烧压力和温度,进气门迟闭角每增大10°CA,缸内最大温度约降低120 K,但过大的气门晚关时刻会使缸内燃烧恶化,一定程度上削弱了由于泵气损失的降低对燃油经济型的改善。在2 000 r/min,外特性工况,270°CA进气凸轮工作转角下,压缩比为13时,发动机燃油消耗率达最低为253.1 g/(kW·h)。在2 000 r/min, 1.2 MPa工况,EGR率为5%时,燃油消耗率降到了235 g/(kW·h),相比原机,采用米勒循环技术后发动机经济性有较大改善。     

新型独立压缩自由活塞发动机仿真研究

为了提高四冲程自由活塞发动机系统的性能,该文提出了一种独立压缩、进气热力学参数可控的工作循环方案。利用MATLAB/Simulink建立系统动态仿真模型,获得了系统的基本特性,并进一步分析了进气压力、点火位置、膨胀行程长度等参数对系统性能的影响。仿真结果表明:新循环通过进气增压将缸内顺序进行的进气、压缩过程改为气缸内、外同时并行进行,缩短了缸内进气与压缩行程,显著提升了系统有效效率与输出功率;点火位置的提前和压缩比的增大对有效效率的提升作用有限;加大膨胀行程长度可降低排气门的工作负荷。通过模型的仿真分析为样机的改进与试验提供了理论指导。     

基于Converge的柴油机起动过程喷雾撞壁仿真分析

柴油机起动过程中,转速、缸内背景压力及温度偏低会导致喷雾撞壁,影响燃油雾化效果。利用三维计算软件Converge,采用组合喷雾模型及B-G撞壁模型建立了燃油喷雾撞壁模型,并利用可视化定容弹喷雾撞壁试验系统验证了模型的准确性。基于建立的喷雾撞壁模型,研究分析了缸内背景压力、壁面干湿状况及壁面粗糙度对某型柴油机喷雾撞壁的影响规律,仿真结果表明：随着缸内背景压力下降,撞壁时刻提前,扩散距离增大,油膜产生时刻提前,油膜厚度增大;活塞顶壁面粗糙度增加,喷雾油束撞壁后扩散距离减小,附壁油膜厚度增大;当活塞顶壁面为湿壁时,喷雾油束撞壁后扩散距离增大,附壁油膜厚度下降。研究为燃烧室、喷油系统等优化设计提供了参考。     

二次喷油优化直喷汽油机冷启动排放特性的研究

研究了一种通过特殊活塞顶面形状结合二次喷射策略来解决直喷汽油机冷启动工况排放问题的新方法.该方法通过适当的二次喷油分配、结合缸内气流运动来改善燃油混合气的分布.利用AVL-Fire对不同喷油策略下直喷汽油机启动时缸内油气混合分布进行了模拟,对不同喷油策略的冷启动排放进行了实验研究.结果表明,采用特殊活塞顶面形状进行合理的壁面引导,同时结合二次喷油策略,能够优化直喷汽油机冷启动工况下缸内空燃比的分布,使得混合气浓度在火花塞附近略高,宜于火花点火,在火花塞周围略低,宜于火焰传播,从而提高燃烧的稳定性,减少燃油的湿壁现象,降低HC的排放.     

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。     

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.     

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.     

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。     

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...     

GDI超高压喷雾撞壁特性的激光可视化

为了探究缸内直喷(GDI)喷油器异辛烷燃料在超高喷射压力下喷雾的撞壁发展过程及附壁油膜特性,通过激光米氏散射原理和激光诱导荧光(LIF)系统对喷射压力为10～50 MPa的喷雾进行测量,系统地研究喷雾撞壁形态的发展过程、扩展半径、反弹高度,以及附壁油膜的具体形态、油膜面积、燃油附壁率等参数随喷射压力升高而产生的变化。研究结果表明:提高喷射压力,自由喷雾阶段枝状结构发展加快导致悬浮在空中的液滴簇团增多,燃油与空气混合作用增强;扩展半径和反弹高度随喷射压力的提高先增大后减小,二者峰值均出现在30 MPa的超高压状态下;随着喷射压力增大,油膜整体变薄,油膜面积缓慢增大,附壁质量减少;喷射压力增至50 MPa后,油膜平均厚度相比10 MPa时减少约90%,燃油附壁率下降至5%左右。     

一种壁面二次喷射柴油机燃烧系统数值模拟

以KIVA3为计算平台,对4气门直喷式非增压柴油机在油注喷向燃烧室侧壁后飞溅形成二次喷射燃烧的整个工作过程进行了模拟计算,着重分析了压缩冲程和膨胀做功冲程缸内漉场及燃烧过程．数值分析结果表明：在进气涡流作用下,活塞压缩后期产生的挤流是以螺旋线路进入燃烧室的,由此对若干几何参数完全一样的喷孔喷出的油注产生的柴油气的作用是不同的,进而各油注的燃烧历程不同;过大的燃烧室侧向凹坑容易形成柴油气死角．带有二次喷射导向壁面的小口径比和小径深比ω型燃烧室充分利用好活塞表面以上和燃烧室上部氧气的问题仍有待解决．     

重油航空活塞发动机技术路线分析

分析了重油航空活塞发动机的两条技术路线:点燃式(Otto循环)和压燃式(Diesel循环)。点燃式重油航空活塞发动机功重比较高,但是燃油消耗率高,存在爆震、起动困难、电磁兼容性较差、可靠性较低、功率覆盖范围较小等弱点。缸内直喷、气动喷嘴和高能点火技术是点燃式发动机需攻克的关键技术。压燃式重油航空活塞发动机燃油消耗率低、续航能力强、电磁兼容性较好、可靠性高、功率覆盖范围较大,但是功重比较低、振动较大。高功重比、先进电控及燃油喷射、可调高压比增压技术是压燃式发动机需攻克的关键技术。研究了目前重油航空活塞发动机的主要案例,结果表明:点燃式和压燃式方案均是可行的,且各有一些关键技术需要攻克,压燃式技术路线将是未来主流。     

浅析航空活塞发动机抖动的原因与故障排除

航空活塞发动机抖动,不仅影响发动机的功率和经济性,而且还直接影响飞行安全。本文以Lycoming IO/O-360航空活塞发动机为例,从点火系统、燃油系统、进气系统和气门机构等方面,对发动机抖动的成因以及故障诊断和排除进行探讨。     

配气阀结构参数对活塞凸轮发动机性能的影响

为了研究配气阀结构参数对活塞凸轮发动机性能的影响,使用瞬态分析方法建立了发动机缸内热力过程的数学模型,并通过计算机仿真分析了各配气阀结构参数对发动机性能的影响。研究结果表明,配气机构的气道孔直径大于某一定值后,其对凸轮活塞发动机耗量和指示功率影响较小;在保证功率的前提下,减小进气角可以提高发动机的经济性;选择使活塞在回行开始时缸内压力降到背压值的预排气角,可以提高发动机的动力性;最佳的压缩角、预进气角可以通过本文的计算模型从多种方案中优选得到。     

附加升程曲线对柴油机进气状态的影响

以自主研发的DK4A型柴油机可变气门系统为研究对象,利用数值模拟与试验相结合的方式,系统化研究附加升程峰值与原机气门升程峰值间隔角、附加升程高度和附加升程持续角对进气状态参数的影响.结果表明:峰值间隔角存在一个临界值,当峰值间隔角小于临界值时,峰值间隔角不影响发动机缸内气体状态参数;当峰值间隔角大于临界值时,进气门关闭角随着峰值间隔角的增大而延迟,进气总管气体质量流量越小,压缩上止点气体温度和压力越低;在附加升程高度不影响进气门关闭角的情况下,附加升程高度的增加能放大发动机缸内气体状态参数的变化率;当附加升程持续角影响进气门关闭角时,附加升程持续角越大进气门关闭角越延迟,发动机进气流量、压缩上止点温度和压力也随着附加升程持续角的增大而减小.     

进气冲程增压注水对柴油发动机性能的影响

采用AVL-FIRE软件,研究了YC6G系列柴油发动机在进气冲程中不同注水量下燃烧室内的燃烧过程,分析了进气注水对发动机性能的影响,以及不同注水量下发动机内部压强、温度和排放的变化情况。仿真表明:增压发动机注水对发动机气缸内部温度和压强影响不大,但进气注水仍然可以少量降低缸内温度的峰值;且进气冲程注水对尾气排放的影响十分显著。注水质量分数提高5%,Soot的生成量大约下降10%;NO_x排放则降低至不注水时的0.21%。因此,进气冲程增压注水有效地改善了柴油发动机内部的燃烧并且降低了尾气排放。     

柴油机缸内流场的三维瞬态数值模拟

利用AVL Fire软件对3105柴油机的进气、压缩过程进行了三维瞬态数值模拟,得到了两种形状燃烧室详细的流场结构。在进气冲程和压缩冲程初期,燃烧室对缸内气流运动影响不大。在压缩上止点附近,燃烧室形状对缸内气流运动有重要影响：A型燃烧室（直口‘1）形）内挤流速度明显低于B型燃烧室（带有凸台的微缩口形）,说明减小燃烧室开口直径能有效的增强挤流;A型燃烧室在压缩终了形成了两对不对称的挤流涡团,B型燃烧室形成了几乎对称的两对挤流涡团,可见中间凸台对气流有良好的导向作用。     

预燃室火花塞式天然气发动机燃烧性能试验

为研究装配预燃室火花塞对天然气发动机燃烧性能的影响,本文基于发动机试验台架,对其燃烧性能进行了试验研究。首先,基于试验对象,搭建发动机试验台架。随后,基于上述试验平台,分别研究预燃室火花塞的燃烧特性、空燃比特性及点火提前角特性。通过试验发现,相较于普通火花塞,预燃室火花塞可以有效提高缸内燃烧压力与燃烧速率,增强发动机动力性能,但同时会增大缸内压力升高率,导致NOx排放增加,发动机工作粗暴;预燃室火花塞稀燃特性有所下降,当提高空燃比时,更容易出现失火现象;预燃室火花塞可显著提升发动机经济性能,且最佳点火提前角有所减小。