混合气浓度对缸内直喷汽油机微粒生成过成影响研究

本文通过对某475GDI发动机进行数学建模和仿真计算,分析不同混合气浓度对微粒生成过程的影响规律。结果表明随着过量空气系数的逐渐增大,也就是混合气逐渐变稀,微粒质量分数和数量浓度逐渐降低,缸内燃烧温度逐渐降低,缸内平均压力呈现先增加后减小的趋势,并且缸内的燃烧过程迟后。无论混合气浓度如何变化,高浓度混合气区域主要集中在燃烧室左右两侧靠近壁面的位置,也正是燃烧室形状最复杂、缸内气体流动状态最差的区域,易于产生微粒。     

通道尺寸对热面点火天然气发动机工作过程的影响

针对缸内直喷压燃式天然气（CNG）发动机低负荷循环波动大及高负荷NOx排放偏高的问题,设计开发了涡流室式热面点火燃烧系统,研究了涡流室通道尺寸对缸内天然气空气混合气形成、着火燃烧及发动机运转特性的影响．结果表明：选择直径较大的涡流室通道,发动机起动性能较好且缸内混合气燃烧持续期短,对改善发动机的有效热效率有利;选择直径较小的涡流室通道,主副燃烧室内混合气的浓度分层效果明显,能够实现两级燃烧过程,有利于降低发动机循环波动,扩展功率范围及改善NOx排放。     

柴油机燃烧过程的数值模拟及燃烧室改进

为了改善柴油机燃烧室内混合气的形成状态和燃烧质量,对改装DLH1105型直喷柴油机缸内喷雾和燃烧过程进行了动态数值模拟,并在压缩比不变的情况下设计了3种不同结构的燃烧室,分别为敞口型、直口型和缩口型.通过STAR-CD软件对3种结构的燃烧室进行了三维数值模拟,获得了柴油机的缸内流场、燃油质量分数分布和温度场.结果表明:模拟出的缸内喷雾和燃烧过程与可视化试验的结果吻合,计算模拟的方法可靠;缩口型燃烧室有较强的挤流强度,较长的涡流持续期,使混合气质量和燃烧性能优于直口燃烧室和敞口燃烧室,缸内压力和平均温度最高,Soot生成量最少,同时NO的生成量最大.     

增压直喷汽油机起动怠速及混合气浓度对微粒排放的影响

在一台增压直喷(GDI)汽油机上,使用快速微粒光谱仪(DMS500)对排气中微粒排放分布进行了实验研究.结果表明:在发动机起动后数秒内微粒排放较高,随着暖机进行积聚态微粒排放减少,热机怠速工况排气微粒主要以核模态为主.随着过量空气系数λ减小缸内峰值压力增加,燃烧持续期缩短,缸内平均温度升高,燃烧后期缸内温度下降幅度增加,混合气氧含量降低,这些均促进了碳烟排放.采用稀混合气时,循环变动升高.低负荷时,积聚态微粒对λ变化较敏感;增加负荷和转速后,积聚态微粒数浓度有所降低,表现为随λ减小而增加的趋势.采用浓混合气时,排气微粒质量迅速增加.在实验工况,排气微粒的几何平均直径(GMD)和中位直径(CMD)基本在10,nm以内,λ为0.8时微粒的GMD和CMD值较大.     

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。     

机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律的研究

缸内直喷汽油机以其出色的经济性和瞬态响应性能得到了市场的广泛认可,但其类似于柴油机的喷射特点决定了汽油缸内混合时间短、混合气局部过浓并使得其微粒生成的质量和数量增加;此外机油不可避免地参与燃烧也会影响微粒排放特性。为研究机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律,本文采用DMS500粒径分析仪对一台GDI发动机不同机油消耗量条件下的微粒粒径分布特性进行研究。研究结果表明：改变油气分离器的状态可以显著改变GDI发动机的机油消耗量;怠速工况下机油消耗量增加会导致微粒生成质量和数量浓度显著升高;低速工况下,中低负荷时,机油消耗量增加,微粒的质量浓度增加;高负荷时影响不明显。中速工况下,机油消耗量对微粒排放影响不明显。     

小型二冲程直喷发动机爆震燃烧特性数值模拟

为了了解点火参数对小型二冲程直喷发动机爆震燃烧的影响,利用GT-Power和AVL Fire软件对该发动机整机及燃烧室分别建立了仿真模型,选取扭矩、功率等数据验证了模型的正确性,并对发动机在5 000r/min、大负荷工况下的缸内平均压力和温度、放热率、累积放热量以及爆震强度分布等特性进行了研究.结果表明:在点火提前角由15℃A逐渐增加至35℃A的过程中,小型二冲程直喷发动机的扭矩、功率、缸内混合气燃烧放热量、放热率、缸内平均压力和温度的峰值均呈现出逐渐增大的趋势,而且会伴随着爆震强度表征物的浓度增大,二冲程直喷发动机的爆震倾向加强;当异步点火相位由0℃A逐渐增加至5℃A时,二冲程直喷发动机的扭矩、功率呈现出略微减小的趋势,两个火花塞附近由于湍动能增大,加快了火焰传播速度,使得末端混合气低温反应时间变短,爆震强度表征物的浓度逐步减小,二冲程直喷发动机爆震发生的倾向有所减小.     

燃烧室形状对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

在105单缸柴油机上，针对燃烧室形状对柴油机燃烧及排放特性的影响进行了试验研究，试验结果表明，中央突起缩口燃烧室具有较高的涡流和挤流强度并有较长的高涡流持续期，可加快缸内混合气的形成和燃烧速度，通过延迟喷油定时，减少了预混合燃烧量，在柴油机油耗率基本不变的前提下，降低了烟度和NOx的排放量。     

燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能影响的三维数值模拟

为研究燃烧室形状对直喷柴油机燃烧性能的影响,应用发动机燃烧过程多维模拟软件FIRE对4类燃烧室柴油机燃烧过程进行了三维数值模拟.探讨了燃烧室几何形状影响燃烧性能的作用机理.结果显示,燃烧室几何结构对缸内的流场、喷雾以及燃烧特性都有较大影响.缩口燃烧室的缸内流场强度要强于直口燃烧室,进而导致缩口燃烧室的油气混合和燃烧性能要优于直口燃烧室.     

喷雾锥角及燃烧室对柴油机预混合低温燃烧的影响

为了避免预混合低温燃烧模式下,早喷策略导致的燃油湿壁现象,在样机燃烧室的基础上,设计了另外两种不同凹坑位置的燃烧室,运用仿真软件AVL fire研究了不同喷雾锥角及燃烧室凹坑位置对柴油机油气混合及燃烧排放的影响。结果表明:采用早喷策略时适当地减小喷雾锥角,可以改善燃油在缸内的分布,有效提高混合气均匀程度,原机燃烧室喷雾锥角从155°减小到145°,soot(碳烟)排放降低了76.8%,但燃烧温度的升高会导致NO_x排放的增加。燃烧室凹坑外移增加了油嘴到燃烧室壁面的距离,有利于充分利用喷雾射流动能,促进混合气的形成,145°喷雾锥角下外移后的燃烧室soot排放降低了56.4%。在不同喷雾锥角下,燃烧室凹坑外移soot排放总是呈减少的趋势,且外移的燃烧室对喷雾锥角的敏感性降低。早喷策略下实现的预混合低温燃烧模式宜采用凹坑外移的燃烧室和较大的喷雾锥角。研究结果为预混合低温燃烧模式燃烧系统的参数优化提供了一定的理论依据。     

机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放的影响规律

缸内直喷汽油机以其出色的经济性和瞬态响应性能得到了市场的广泛认可,但其类似于柴油机的喷射特点决定了汽油缸内混合时间短、混合气局部过浓,并使得其微粒生成的质量和数量增加。此外机油不可避免地参与燃烧,也会影响微粒排放特性。为研究机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律,采用DMS500粒径分析仪对一台GDI发动机不同机油消耗量条件下的微粒粒径分布特性进行研究。研究结果表明:改变油气分离器的状态可以显著改变GDI发动机的机油消耗量;怠速工况下机油消耗量增加会导致微粒生成质量和数量显著升高;低速工况下,中低负荷时,机油消耗量增加,微粒的质量浓度增加;高负荷时影响不明显。中速工况下,机油消耗量对微粒排放影响不明显。     

喷油提前角对双燃料柴油机燃烧和排放的影响

为研究喷油提前角对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建柴油-甲醇双燃料燃烧室模型。通过仿真实验的方法,研究当甲醇掺混比为20%,喷油提前角分别为 16.6°、18.6°、20.6°、22.6°时,对柴油机燃烧、排放、动力特性的影响。研究结果表明:随着喷油提前角的逐渐增大,缸内混合气质量得到改善,从而优化混合燃料在缸内燃烧的质量,同时还可观察到放热率曲线逐渐前移且峰值增加。分析数据可知,在甲醇掺混比为20%,喷油提前角20.6°时,NO排放较原机排放增加29.83%,Soot排放量降低30.5%,CO排放量降低5.6%,指示功率增为58.75 kW。     

缸内直喷燃料改质控制HCCI着火时瓤和燃烧速率的研究

提出了汽油缸内直喷（GDI）多段燃油喷射策略来控制缸内混合气的温度、浓度及化学组分，实现了对HCCI着火时刻和燃烧速率的控制．研究了不同喷油策略、喷油比例和喷油时刻对HCCI着火、燃烧和排放的影响．结果表明，缸内直喷可以有效地控制HCCI着火始点和燃烧速率，降低燃烧循环波动，拓宽HCCI高低负荷下的运行范围．     

缸内直喷燃料改质控制HCCI着火时刻和燃烧速率的研究

提出了汽油缸内直喷（GDI）多段燃油喷射策略来控制缸内混合气的温度、浓度及化学组分，实现了对HCCI着火时刻和燃烧速率的控制.研究了不同喷油策略、喷油比例和喷油时刻对HCCI着火、燃烧和排放的影响.结果表明，缸内直喷可以有效地控制HCCI着火始点和燃烧速率，降低燃烧循环波动，拓宽HCCI高低负荷下的运行范围.     

微燃烧室内截面突变对氢氧预混燃烧的影响

针对微燃烧室内部氢氧预混燃烧过程,建立耦合氢氧气相反应动力学机理的数值计算模型,利用CFD计算软件,在试验验证的基础上得到了带截面突变微燃烧室内的燃烧特性,并分析了截面突变尺寸和入口流速对于燃烧过程的影响.结果表明:采用截面突变的结构使得氢气和氧气混合更充分,燃烧更完全,并能提高微燃烧室内的流体温度;增加截面突变的尺寸,可以增加混合气在微燃烧室内的驻留时间,即使在较低入口流速下也能获得较高的燃烧室内部温度;在较低流速下,增加截面突变的尺寸,微燃烧室内的高温区域更宽;入口流速的增加导致氢气转化率降低,燃烧室内截面突变有利于缓解入口流速增加引起的氢气转化率下降的趋势.     

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     

火花点火发动机燃烧室内温度场的实验研究

在实际点火发动机上，利用激光剪切法结合高速摄影，测取了大量燃烧室内干涉条纹图，获取了缸内燃烧的二维温度场，并估算出火焰传播速度。从温度场可以看出，燃烧过程中缸内大致可分3个区：已燃区、未燃区和燃烧区。燃烧区温度最高，温度梯度大；已燃区温度次之，梯度较小；未燃区温度最低，但梯度较大。燃烧过程中，缸内的火焰面以近似球面向未燃区推进，火焰传播速度开始较小，随着燃烧的进行，迅速增大，达到一最大值后，逐渐减小，直至燃遍整个燃烧室。     

柴油机的性能改进及缸内工作过程的三维数值模拟

论述了1105柴油机的改进原理,对改进前的花瓣型燃烧室和改进后的盆形燃烧室建立了几何模型并划分动态网格.利用仿真软件STAR-CD对改进前后的1105柴油机的燃烧过程进行三维数值模拟,计算了两种不同燃烧室的缸内气相流场及其燃烧的温度场和压力场,并进行了对比分析.试验结果表明,模拟计算值与实测值基本吻合,改进后的盆形燃烧室的1105柴油机有更好的动力性和燃油经济性.表明在模拟精度达到一定水平时,发动机缸内燃烧过程的三维仿真计算可用来降低产品的研制周期和费用,是一种有效的研究和设计手段.     

用混合燃烧模型研究缸内直喷醇类燃料发动机的燃烧

通过引入湍流燃烧延迟系数，将单步不可逆反应模型和漩涡破碎燃烧模型结合在一起，建立了一个新的混合燃烧模型．利用混合燃烧模型对一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层燃烧系统的醇类燃料发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟，计算所得的缸内压力和燃烧放热速率与实验结果吻合良好．模拟结果表明，在缸内直喷醇类燃料发动机中，混合气能稳定地实现由浓到稀的周向分层，醇类燃料高的汽化潜热导致混合气温度较低，燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存，燃烧速率非常快．     

乙醇汽油双燃料双喷射系统发动机经济性和排放特性

在1台汽油缸内直喷(GDI)发动机上添加进气道乙醇喷射(EPI)系统,将其改装为燃料混合比例实时可调的双燃料双喷射系统发动机。将改进的发动机应用于典型城市工况,重点对燃油经济性、微粒数量和质量排放特性进行研究,同时分析燃烧特性和气态常规排放物。研究结果表明:随着进气道乙醇喷射比(质量分数)R_(ethanol)增加,当量比油耗bESFC降低,摩尔乘数效应增强,更多燃烧产物在膨胀行程做功,从而提高有效热效率。碳氢化合物(HC)排放随着R_(ethanol)增加而逐渐降低,不依赖于发动机负荷的变化。各负荷下微粒数量和质量排放均随R_(ethanol)增加而降低。乙醇良好的蒸发特性和较高的含氧量能够抑制碳烟前驱物的生成,增强微粒氧化特性。乙醇与汽油混合形成的共沸点混合物能够增强汽油的挥发性,改善混合气质量,进而降低微粒排放。