柴油机HCCI燃烧过程中自燃着火和燃烧速率控制的研究

提出了多脉冲复合喷射控制系统以解决在柴油机上实现均质压燃着火燃烧模式(HCCI)的主要难点,即预混合气形成、自燃着火速率和燃烧速率的控制.研究了多脉冲喷射控制参数对自燃着火和燃烧速率的影响.结果表明利用该方法当发动机负荷提高平均指示压力0.93MPa时,成功实现了可控预混均质压燃燃烧.     

GDI喷油器超高压乙醇喷雾微观特性试验

为系统研究超高喷射压力下缸内直喷(GDI)喷油器乙醇喷雾的微观特性,采用相位多普勒粒子分析(PDPA)系统对10~50,MPa喷射压力下的喷雾进行了测试,并结合纹影法所获取的喷雾图像分析了喷雾形态发展、液滴粒径粒速的空间分布及随时间的变化规律.研究结果表明:提高喷射压力,枝状结构形成时刻提前,喷雾破碎过程加快;提高喷射压力,喷雾头部粒速增加,贯穿距变大;喷雾锥角随喷射压力的提高小幅度上升;提高喷射压力,乙醇液滴的索特平均直径(SMD)、DV90和DV50明显下降,但DV10下降幅度相对较小,处于剧烈破碎区的液滴粒径减小;超高压喷射有效抑制了25,μm以上大粒径液滴生成,降低粒径分布的离散程度,粒径为5,μm左右的液滴数量比例最大;超高压喷射下,在同一水平面不同测点位置,SMD的差异较小;随着测点距喷孔距离的增大,小液滴聚合现象会导致SMD变大.     

超高喷射压力下GDI喷油器喷雾宏观特性

为了探究在超高喷射压力下GDI(gasoline direct injection)喷油器喷雾的宏观特性,采用阴影法对喷射压力为5~60 MPa的喷雾进行测量,分析喷射压力对油束发展历程、贯穿距离、喷雾锥角、喷雾面积以及喷油器尾喷现象的影响,并通过对DENT经验公式进行修正,得到超高喷射压力下汽油的贯穿距离计算公式。研究结果表明:喷射压力的提高能够促进喷雾外围"分支状结构"的生成;喷射压力的提高使贯穿距离明显增大;喷雾面积随喷射压力的提高有所增加,但增幅逐渐减小;喷射压力每增加10 MPa,喷雾锥角峰值平均增加1.5°;当喷射压力达到30 MPa及以上时,喷油器尾喷现象基本消失;随着喷雾发展,贯穿距离和喷雾面积均呈现一定程度的线性增大;喷雾锥角呈先上升后下降,最后稳定在82°左右的趋势。     

亚/超临界汽油多孔射流形态塌陷的研究

基于GDI(gasolinedirectinjection)发动机常用工况点的缸内温度压力,采用高速摄影和纹影法,在高温环境下对比研究了亚/超临界汽油多孔和单孔及异辛烷多孔射流的宏观特性.结果表明:当燃油温度从亚临界态升高至超临界态时,汽油多孔射流在形态上表现出射流中心塌陷和前锋面凸起的特征,异于常见的枝状喷雾结构和剧烈闪沸条件下的坍缩喷雾,同时射流的贯穿距不断增加,锥角不断减小,射流宽度经历了先减小后增大的变化;亚临界汽油单孔射流的贯穿距、锥角及宽度的变化趋势异于汽油多孔射流,表明多孔射流相邻油束间的干涉重叠影响着射流形态结构,在汽油亚临界态时,干涉重叠导致射流轮廓向内收缩,使得射流锥角和宽度减小,而在汽油超临界态时,干涉重叠促进了多孔射流中心的塌陷;相比于单一组分的异辛烷,多组分物蒸发气化的沸点差异是导致汽油射流液相区发生剧烈闪急沸腾,使得射流轴线方向的低压核区发生气流卷吸,并最终诱发射流中心塌陷的原因,而塌陷的发生也使得燃油超临界态时汽油射流宽度大于异辛烷射流宽度;最后,通过对比亚/超临界汽油单孔射流和异辛烷多孔射流,发现导致亚/超临界汽油多孔射流前锋面凸起和中心塌陷的主要原因是射流相邻油束间的干涉重叠及轴线方向低压核区内的气流卷吸作用.     

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.     

现代柴油机排气微粒生成历程及理化特性

为保护环境和人体健康,对现代柴油机的重新认识和研究势在必行．利用全气缸取样系统对不同工况下的柴油机燃烧过程中的微粒生成历程、微粒形貌及基本粒子化学成分进行了研究．结果表明,微粒质量浓度曲线呈单峰状,峰值出现在上止点后约20℃A ATDC．在燃烧后期,约70%～80%碳微粒被再次氧化；此后微粒质量浓度接近于排放水平．微粒形貌呈现出链状结构．链状粒子由直径为10～30 nm准球状的基本粒子连结而成,主要由碳元素构成,并包含少量如氧、氮和硫等其他元素。     

GDI喷油器超高压乙醇喷雾的宏观特性

为探究缸内直喷(GDI)喷油器乙醇燃料在超高喷射压力下的喷雾宏观特性,运用纹影测试法和高速摄影技术对喷射压力为10～60,MPa的喷雾进行了测量,系统研究了喷雾形态发展、贯穿距、锥角以及投影面积的变化规律.结果表明:提高喷射压力,喷雾枝状结构出现时刻提前,但超高压喷射下枝状结构形态界限变得模糊;喷雾整体及其核心区贯穿距在喷雾前期较快增长,进入喷雾中期后增速明显下降;随着喷射压力提高,喷雾贯穿距增大,核心区贯穿距占比(R_P)提高,但超高压喷射下增幅都相对较小;提高喷射压力,核心区锥角出现小幅度增加;提高喷射压力,喷雾投影面积增大,核心区面积占比(R_A)减小,雾化程度显著提高.     

单液滴撞击不同黏度液膜特性研究

为了更好地理解单液滴撞击不同物性流体湿壁面现象,采用激光诱导荧光(laser induced fluorescence,LIF)方法研究了不同入射液滴韦伯数、无量纲液膜厚度及液膜黏度对撞壁现象的影响规律.研究表明,液滴撞击后液膜可分为稳定冠状、飞溅冠状和剧烈飞溅冠状3种形态,入射液滴韦伯数越大,液膜形态变化越剧烈.相同液膜黏度和无量纲液膜厚度下,无量纲冠顶高度随入射液滴韦伯数的增大而升高,且韦伯数越大,到达冠状顶点所需时间越长,冠状维持时间越久.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,随液膜黏度升高,无量纲冠顶高度降低,且到达冠状顶点的时间提前,冠状维持时间缩短;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,随无量纲液膜厚度增加,无量纲冠顶高度先升高后降低,但冠状达到顶点的时间以及冠状维持时间均持续增加.相同无量纲液膜厚度和液膜黏度下,无量纲冠顶直径随入射液滴韦伯数的增大而增大.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,无量纲冠顶直径随液膜黏度升高而降低;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,无量纲冠顶直径随无量纲液膜厚度的增大而降低.根据试验数据拟合出了冠状形态的临界韦伯数与无量纲液膜厚度的关系式,以及无量纲冠顶高度和冠顶直径与入射液滴韦伯数的关系式.     

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．     

进气门晚关与高压缩比技术在汽油机上的应用

针对混合动力汽车用发动机的特点,通过模拟和试验相结合的方法,研究了进气门晚关与高压缩比对汽油机部分负荷性能的改善作用以及由于发动机参数变化对外特性的影响.研究结果表明:部分负荷应用进气门晚关与高压缩比可在排放变化不大的前提下使发动机油耗降低4%~10%;进气门晚关控制负荷有效降低了泵气损失,配合几何压缩比的提高和点火提前角的优化,实现了较好的燃烧性能,提高了膨胀比;综合作用下使得有效热效率提高;较长进气持续期和较大几何压缩比的应用使得外特性扭矩降低2%~5%的同时,油耗平均5%.