汽油机缸内直喷混合进气歧管喷射技术探讨

进气歧管喷射汽油机和缸内直喷汽油机在当今社会已普遍存在,它们各自有优缺点,如何利用好这两个发动机的优点,使发动机的性能发挥到最好。本文通过对进气歧管喷射和缸内直喷的介绍,探讨混合喷射所带来的技术特点。     

浅析汽油机缸内直喷技术

本文主要介绍了发动机缸内直喷技术,这套先进的发动机技术是目前最炙手可热的。文章主要从汽油缸内直喷结构、FSI发动机的工作原理、汽油缸内直喷的工作过程,充分说明了汽油机缸内直喷技术的先进性。     

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。     

新型缸内直喷发动机滚流燃烧室设计与研究

为了获得更加节能、环保和高性能的汽油发动机,设计了一种适用于缸内直喷(GDI)发动机的新型滚流燃烧室,并将这种燃烧室应用于4G15缸内直喷发动机进行了实验研究.该燃烧室通过活塞顶上凸起面的作用,合理地组织了缸内气体流动.计算流体动力学(CFD)仿真分析表明,在不使用垂直向下滚流进气道的情况下,该燃烧室同样可以获得理想的滚流强度.实验结果表明,4G15发动机的稀燃极限可达25～27,其中17～19是效率最高的空燃比区间,该区间的效率较原机提高了10%左右.在理论空燃比的情况下,当废气再循环率(EGR)达到7%时,NOx排放的化学计量可以降低到无EGR情况的20%以下.     

甲醇缸内直喷发动机的燃烧特性

在一台四缸柴油机改造的复合导流分层燃烧缸内直喷火花点火甲醇发动机上,开展了燃烧特性的试验研究．研究表明：该甲醇发动机的最大压力位于上止点后14°～17°的位置,离上止点较近,燃烧定容性好,热效率高;最大压力升高率低,发动机工作柔和,燃烧噪声低;燃烧放热率曲线的形状与传统汽油机预混燃烧单峰形状相似,没有出现扩散燃烧导致的双峰放热现象;在宽广的转速和负荷范围下,平均指示压力的循环变动不超过10％,燃烧稳定性好．     

点火能量对157FMI汽油机缸内直喷燃烧性能影响研究

以157FMI汽油机由进气道喷射改为缸内直喷过程中的技改关键技术之点火能量为切入点,以火花塞关于气缸轴线对称的位置为喷油器喷射点,90°CA BTDC开始喷油,喷油持续期为20°CA,分别选取点火能量30,40,50,60和70 mJ展开点火能量对其燃烧特性的影响研究.结果表明:当点火能量由30 mJ增加至70 mJ时...     

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。     

缸内直喷灵活燃料发动机燃烧特性的研究

根据实测示功图,计算了发动机的燃烧放热规律,并系统分析了一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层的燃烧系统灵活燃用甲醇、乙醇和汽油时发动机的燃烧特性.研究表明,缸内直喷灵活燃料发动机在燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存,燃烧循环变动小于6%;具有非常快的燃烧速率,上止点后曲轴转角为3°～6°时就可燃烧完50%的燃料,燃烧持续期在28°～37°曲轴转角范围内;甲醇的燃烧速率最快,汽油的燃烧速率在低负荷时比乙醇稍快,在高负荷时比乙醇慢.     

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、喷油嘴型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，[第一段]     

基于汽油机缸内直喷技术的发展与排放研究

该文通过介绍汽油机缸内直喷(Gasoliine Direct Injection,GDI)技术的发展背景、技术特点、技术现状,在油价不断上涨压力下和汽车带来的污染日益严重,全球范围内对温室气体CO2排放控制的呼声不断高涨的条件下,满足排放要求,因此,提升燃油经济性则显得意义尤为重要。GDI今后研究工作的重点是排放的控制技术,同时展望了汽油机缸内直喷技术的发展。     

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.     

直喷汽油机恒转速增转矩工况燃烧与排放

在一台直喷汽油机(GDI)上,利用发动机瞬态控制和测试系统,研究恒转速增转矩工况下节气门切换幅度和切换耗时对发动机燃烧与排放动态响应的影响,并通过基于比例积分(PI)调节的过量空气系数(λ)闭环控制和节气门超调策略优化瞬态工况的燃烧和排放.试验结果表明:在恒转速增转矩工况,发动机工作参数相对于节气门的变化有一定的滞后,切换时间越长各参数与节气门变化的跟随性越好;切换幅度较大时,各参数稳定性较差;进气的响应特性是影响发动机瞬态工况下燃烧与排放的主要因素.在所研究的工况下,过量空气系数闭环控制的最优PI(比例值、积分值)组合为P=0.08/I=0.5;进气门超调策略可以更有效地减小进气响应的滞后时间,使燃烧更充分,降低颗粒物数量浓度和碳氢(HC)排放.     

缸内直喷汽油机颗粒物粒径分布特性

采用DMS500快速颗粒取样分析仪对一台缸内直喷国Ⅳ汽油机进行了颗粒物粒径分布特性的试验研究．结果表明：缸内直喷汽油机排气颗粒物呈包括核态和积聚态颗粒物的双峰分布,仅怠速工况呈核态单峰分布．随转速升高,总颗粒物数浓度在部分负荷下逐渐降低,外特性先降低后升高;随负荷增加,总颗粒物数浓度在中、低负荷下逐渐降低,满负荷时急剧增加．随转速升高,核态颗粒物在部分负荷速度特性下数密度峰值逐渐降低,外特性下先降低后增加;积聚态颗粒物数密度峰值逐渐降低．随负荷增加,核态颗粒物数密度峰值在中、低负荷时逐渐降低,满负荷时增加;积聚态颗粒物数密度峰值在中、低负荷时先升高后降低,满负荷时最高．     

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.     

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。     

用改进的多区模型计算柴油机中的燃烧和排放

在广安博之直喷式柴油机多区燃烧模型的基础上,改进了燃油雾滴的运动和蒸发模型,以及碳烟的生成与氧化模型,增加了缸内挤流和涡流模型、油滴碰壁和反弹模型,计算结果表明,改进后的油束运动模型比原模型更加合理,较好地解决了空气卷吸问题,在不同转速和负菏工况下均能获得令人满意的精度,能够反映缸内与各区内的燃烧与排放物生成情况,用改进的多区模型可以较好地研究直喷式柴油机的工作过程及其排放。     

醇类汽油混合燃料发动机燃烧特性试验研究

在不改变汽油机参数的情况下,对汽油机燃用纯汽油和不同比例醇类汽油混合燃料的动力性、经济性和燃烧特性进行了对比试验研究.结果表明:与纯汽油相比,E10、M10的外特性输出功率和扭矩下降2%,M25下降7%;1800 r/min负荷特性下,E10、M10和M25的能耗率分别平均降低了3%、2.5%和5%;同一负荷工况下,E10、M10和M25的着火延迟期和燃烧持续期延长;同一负荷工况下,E10、M10和M25的缸内压力及其峰值降低且峰值推迟,E10和M25的缸内压力升高率降低,但M10的在低负荷时降低、中负荷时升高;同一负荷工况下,E10、M10和M25的缸内放热量及其峰值、瞬时缸内放热率峰值降低;同一负荷工况下,E10、M10和M25的燃烧循环变动程度增加.     

直喷汽油机起动过程多环芳烃排放的研究

通过采用3种含氧燃料:汽油、添加体积分数为10%乙醇的乙醇汽油燃料(E10)、添加体积分数为15%甲醇的甲醇汽油燃料(M15),对直喷汽油机起动过程的多环芳烃(PAHs)排放采用索式萃取法萃取后,再利用气相色谱-质谱联用仪进行了分析。结果表明,E10燃料在水温为20℃时冷起动和水温为80℃时热起动所排放的PAHs较纯汽油分别降低了39.03%和23.78%,M15燃料在水温为20℃时冷起动和水温为80℃时热起动所排放的PAHs较纯汽油分别降低了30.17%和66.06%。不同水温下由起动过程排放的PAHs毒性分析得出:水温为20℃冷起动时,E10、M15燃料排放的PAHs总苯并(a)芘毒性等效值较纯汽油分别降低了23.25%和21.47%;水温为80℃热起动时,E10、M15燃料排放的PAHs总苯并(a)芘毒性等效值较纯汽油分别降低了33.26%和50.46%,纯汽油、E10、M15这3种燃料在水温为80℃时热起动较20℃时冷起动分别降低了44.25%、50.80%和64.84%。