基于离散小波变换的二甲醚HCCI爆震试

在一台由柴油机改造为二甲醚进气道喷射的发动机上，用离散小波变换分析正常燃烧工况、爆震工况的缸内压力，计算其在各尺度细节部分的能量特征值，研究二甲醚HCCI燃烧的爆震特性。结果表明，正常燃烧工况、爆震工况缸内压力的能量特征值分布具有明显的规律。正常燃烧工况时，细节部分D3的能量特征值最大；爆震工况时，细节部分D1的能量特征值最大。转速升高或进气道喷射燃料添加LPG对正常燃烧工况、爆震工况缸内压力能量特征值的分布无影响，爆震强度决定能量特征值的分布。爆震强度越大，D1的能量特征值越大。根据各尺度细节部分D1、D2和D3的能量特征值可检测爆震。     

喷射时刻对乙醇/汽油双燃料发动机缸内流场和性能的影响

利用CFD三维数值模拟软件,模拟了1台乙醇缸内直喷+汽油进气道喷射(EDI+GPI)双燃料发动机的工作过程,分析比较了不同乙醇喷射正时下缸内流场的变化规律、缸内当量比分布和缸内压力变化。结果表明:乙醇喷射时刻在250°CABTDC时,缸内流场最合适乙醇的蒸发雾化,能够形成较均匀的缸内混合气,产生最佳的燃烧相位;其余过早或过晚喷射均不利于缸内混合气形成和燃烧。     

进气道关键结构参数对缸内充量分层模拟研究

通过进气充量分层,实现缸内分层燃烧,将进气道的进气截面等分为进气道右上区(A区)、进气道左上区(B区)、进气道左下区(C区)、进气道右下区(D区)4个区域,分别通入4种不同示踪气体,研究进气在缸内的运动及分布规律。研究表明:D区进气贡献率最大,占27.3%,B区进气贡献率最小为22.4%;且在压缩上止点附近B区可以形成较为规则的环形分布,但在ω燃烧室靠近皮带轮一侧有较多的气体。通过对进气道3个关键结构参数,进气道偏转角、螺旋室高度、进气道偏心距研究得出结论:进气道偏转角为15°时,缸内涡流强度最大,在进气道偏心距为-2 mm时,缸内涡流强度最小;通过对进气道结构参数进行优化,在进气道偏转为15°时,B区进气浓度梯度差最大。     

喷射持续期对大功率气体机影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射持续期对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。通过数值解析的方法研究了采用单管结构及双管结构进气对混合气形成过程的影响,在此基础上确定了采用双管结构喷射燃气。在发动机标定工况,保证其它条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了5种不同喷射持续期对缸内混合气形成及循环变动率的影响规律。这5种喷射持续期的喷射起始时刻均为进气上止点后40°,此时排气门接近全关,不存在燃气直接进入排气管的情况;另外活塞运动速度快,进气具有较强的扰动能量,有助于促进燃气与空气的混合。数值解析及实验测试结果表明,对于研究用发动机在实验工况下,当喷射持续期从5 ms增加到10 ms时,由于能够充分利用进气扰动的能量改善混合气的形成,有效降低了循环变动率;随着喷射持续期的继续增加,当喷射持续期为12 ms或15 ms时,后期喷射的燃气由于此时进气流速降低无法进入缸内,部分燃气滞留进气道,减少了可燃混合气的燃气,形成的混合气偏稀,反而不利于缸内燃烧过程的进行。     

农用柴油—二甲醚发动机喷雾、燃烧与排放性能数值研究

为研究二甲醚作为替代燃料的可行性,本文利用CFD软件对农用柴油机和二甲醚发动机在标定点的缸内燃料喷射雾化、燃烧过程与NOx排放进行了数值模拟研究.结果表明,计算所得的缸内平均压力和放热率曲线与试验值吻合良好.研究发现,柴油的喷雾贯穿距接近于二甲醚的2倍,而二甲醚的喷雾蒸发延迟角比柴油约小2°CA,且二甲醚的蒸发持续期比柴油约短10°CA.同时还发现,与柴油相比,二甲醚燃烧温度分布较均匀,且最高温度比柴油要低,决定了二甲醚发动机燃烧产生的NOx排放比柴油机降低了50%.     

柴油机燃用二甲醚复合燃烧试验

结合柴油机燃用二甲醚HCCI燃烧与缸内直喷燃烧各自的优点,提出了气道一气缸喷射复合燃烧方式,在一台改造过的柴油机上进行了试验研究.结果表明,燃烧过程包括二甲醚HCCI燃烧和缸内喷雾的预混及扩散燃烧,但随预混合率的不同呈现不同特征.随着预混合率增加,气缸压力、温度、压力升高率以及NOx排放量均先减后增.增大直喷供油提前角可改善油耗率,降低HC与CO排放量,NOx排放量会升高.与HCCI燃烧比较.采用适当预混合率和直喷供油提前角的复合燃烧,在保持NOx基本不变的条件下能有效地拓宽发动机工况范围,同时降低HC和CO排放量.     

基于柴油机局部时段振动加速度的缸内燃烧状况

柴油机燃烧峰值压力出现前燃烧过程对应的局部振动信号与缸内燃烧状况密切相关。对比分析了195型及495T型柴油机在该局部时段内振动加速度、缸内压力及其各阶导数的时域波形,基于波形间的相关性,提出了利用振动加速度信号的拐点推测燃烧过程特征点的方法。对比不同工况时局部时段内的缸内压力、压升率、振动加速度及压力升高加速度的时域波形及频谱能量,发现振动加速度信号最大时域波动量及特定频带的能量与缸内燃烧状况密切相关,可作为表征缸内燃烧状况的特征参数,试验结果表明选取的特征参数是有效的。     

低压空气辅助缸内直喷汽油机工作过程仿真

对1.2L低压空气辅助缸内直喷汽油机进行了工作过程仿真研究.分析了进气道及缸内的工质流动,比较了不同喷油时刻燃烧室改进前后在压缩上止点前20°CA时的缸内混合气浓度分布状况,探讨了点火时刻对发动机燃烧过程的影响.结果表明:压缩上止点前20°CA时缸内混合气浓度分布的整体均匀度要好于原机,且当喷油时刻为420°CA和440°CA时均能在两个火花塞间隙处形成适合稳定点火的混合气浓度;随着点火时刻的提前,燃烧逐渐提前,缸内最大爆发压力及最大压力升高率增大;此外,随着点火时刻的推迟,火焰发展期逐渐缩短,而快速燃烧期则呈现出先缩短后增长的趋势.     

基于点火控制算法的汽油机爆震控制

对利用检测缸内压力波进行爆震判别与控制进行了研究,采用经过爆震频率带通滤波后的缸内压力波的峰值作为衡量爆震强度的指标,通过试验确定判别爆震发生的门槛值。考虑到爆震指标分布的特点,采用统计的方法确定爆震的强度,并由发动机电控单元根据爆震强度对点火提前角进行控制,让发动机工作在轻微爆震状态,使发动机的经济性和动力性得到了提高。     

低压空气辅助缸内直喷汽油机进气道设计

以2.0L四气门进气道喷射汽油机为样机,设计低压空气辅助缸内直喷汽油机,运用CFD仿真技术与气道稳流试验相结合对其进气道进行设计.建立了原进气道喷射汽油机进气道的三维仿真模型并进行计算和分析,表明气道流通能力不够强,有强滚流运动;气道内部三维流场分析结果说明部分区域存在气体滞留现象,通过气道稳流试验台对仿真结果进行了验证.根据低压空气辅助直喷汽油机对缸内气流运动特性的要求,在CFD仿真软件中对进气道结构进行了优化,通过调整气门杆附近的截面积、削弱滚流强度,提高了进气道的流通能力,同时改善了局部气流滞留现象.     

DME发动机非常规排放物的检测与分析

用气相色谱仪和傅立叶红外光谱仪对燃用DME的ZS195柴油机的排气中的甲醛(HCHO)、甲酸甲酯(CHCOOCH3)、甲酸(HCOOH)非常规排放物进行了检测和分析。结果表明,DME发动机的尾气排放中,均检测到HCHO,HCOOCH3,HCOOH排放物,且甲醛是非常规排放物中的主要成分,甲醛、甲酸甲酯的排放量随转速上升而略有上升,随负荷增加而不同程度的减少,而甲酸排放量变化则不甚明显。     

DME发动机实用化燃料系统需解决的关键技术

在对比介绍二甲醚(DME)与柴油理化特性及主要差异的基础上,指出了DME在传统柴油机上使用存在的主要问题,并以典型的100%燃用DME发动机燃料供给系统(共轨结构)为例,结合已进行的前期研究工作,提出并分析了该燃料供给系统面向实用化需要解决好的关键技术。     

二甲醚燃料特性及其应用性能试验研究

介绍了二甲醚(DME)的理化特性和燃料特性，分析了DME作为压燃式发动机代用燃料的优点与存在的问题。性能试验结果表明，DME发动机炭烟排放非常低。对于自然吸气DME发动机，在中小负荷工况下，CO排放与柴油机相近，THC排放比柴油机低；但在大负荷工况时，由于混合气形成条件苛刻，燃烧不完全，易造成CO和THC排放较高。采用增压技术有利于降低排放和改善燃料经济性。     

二甲醚/柴油混合燃料在柴油机上应用

在柴油机上进行了燃用不同比例的二甲醚/柴油混合燃料的试验研究,结果表明,燃油系统不做改动的情况下,燃用二甲醚与柴油混合燃料时,随二甲醚掺烧比例的增加,NOx和碳烟排放均下降,CO和HC排放性能也有所改善,动力性和经济性与原机无明显差异,对改善柴油机的排放有着重要的作用.     

柴油机燃用不同替代燃料的燃烧与排放特性分析

在一台增压发动机上分别进行了燃用生物柴油和二甲醚的燃烧和排放试验研究。研究结果表明:增压发动机在高负荷下燃用生物柴油和二甲醚时,预混合燃烧不明显,出现扩散燃烧单峰的燃烧规律,生物柴油燃烧的单峰规律更明显。与生物柴油相比,二甲醚的缸内压力峰值、压力升高率幅值和放热率峰值均降低;NOx排放大幅下降,HC排放和CO排放升高,碳烟排放和燃油消耗率降低。     

车用直喷二甲醚发动机的排放控制试验

对CA498型车用直喷二甲醚发动机采用2种排气再循环（EGR）方案进行试验研究。结果表明，随着EGR率的增加，2种方案都可以降低二甲醚发动机的NOx排放量，其中采用方案2冷EGR时NOx排放量下降显著，EGR率达到20％时，NOx排放量可下降约40％，且二甲醚发动机的热效率无明显下降。在二甲醚发动机上加装氧化型催化反应后处理器的试验结果表明，氧化型催化反应器在所有工况下都可使二甲醚发动机的CO排放量显著下降。试验结果表明采用EGR、氧化型催化反应处理器是控制二甲醚发动机排放的有效措施。     

柴油机燃用柴油-二甲醚混合燃料的试验研究

在车用直喷式柴油机上进行了燃用柴油－二甲醚的试验研究。将燃料供给系统作了改动，增加了高压氮气瓶以消除气阻。对供油提前角、喷油压力、柴油－二甲醚比例等参数对柴油机供油及燃料 影响进行了研究。试验结果表明，燃用柴油－二甲醚混合燃料时，柴油机可在宽广的转速和负荷范围内稳定运行，最大爆发压力、压力升高率均低于原机，燃烧滞燃期缩短，预混合燃烧减少，NOx、CO及烟度排放均大大降低，HC排放在高负荷工况低于原机。     

柴油机燃用二甲醚喷射与燃烧的试验研究

研究了2135型柴油机燃用二甲醚日寸的喷射与燃烧特性。测试了嘴端油管压力、针阀升程、缸内压力、氮氧化物排放等参数，计算了燃烧率和累计燃烧率。试验结果表明，该燃料的喷射与燃烧过程明显不同于柴油。二甲醚的油管压力升高率和压力峰值低，喷射滞后期及其负荷依赖性很大；相应地，其着火点迟后，着火点的负荷依赖性也很大；滞燃期短；缸内最高燃烧压力和压力升高率低；扩散燃烧快速。柴油机燃用二甲醚可大幅降低氮氧化物排放，并实现无烟、低噪声燃烧。