缸内直喷汽油机技术探悉

对比气道内燃油喷射系统PFI的性能特点,介绍了汽油发动机缸内直接喷射技术优势及发展面临的难题,探讨了高压涡流喷射和燃烧过程控制,指出稳定燃烧、减少排放问题是决定GDI发动机发展的关键。     

甲醇缸内直喷发动机均质燃烧特性研

在一台四缸柴油机改造的火花点火甲醇缸内直喷发动机上,高负荷时,在进气冲程将燃油喷入缸内,形成近化学计量比的混合气来实现均质燃烧.通过对典型工况的气缸压力的测量和分析,探讨了不同参数对甲醇发动机燃烧特性的影响.结果表明:甲醇缸内直喷发动机最大功率和最大扭矩比原机分别提高5.88%和20.90%,发动机最高热效率可达35.3%,远高于普通汽油机水平.甲醇缸内直喷发动机的滞燃期和急燃期随负荷的增加而变小.全负荷时,甲醇发动机的燃烧放热始点随转速的增大而推迟,滞燃期和急燃期随转速的增大而增加.发动机循环变动随工况的变化规律与滞燃期一致.     

点火定时对缸内直喷汽油机燃烧及颗粒物排放的影响

采用燃烧分析仪和DMS500型快速颗粒取样分析仪,在一台缸内直喷汽油机上进行了点火定时对燃烧过程和颗粒物排放影响的试验研究.结果表明:随着点火定时的不断延迟,火焰发展期逐渐缩短,快速燃烧期逐渐增大,缸内压力峰值逐渐下降,瞬时放热率峰值和缸内最高燃烧温度均逐渐降低且后移,放热过程迟缓,膨胀行程缸内温度逐渐升高.缸内直喷汽油机排气颗粒物排放呈包括核态和积聚态颗粒物的双峰分布;随点火定时的推迟,核态和积聚态颗粒物峰值数密度均逐渐降低,颗粒物总数量浓度逐渐降低,积聚态颗粒物峰值粒径逐渐减小,而核态颗粒物峰值粒径受点火定时的影响较小.     

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.     

缸内直喷汽油机多孔喷雾破碎模型研究

为了建立缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾破碎模型,对FIPA模型、Huh Gosman模型和KH-RT模型进行分析评估,确定了缸内汽油直喷二次破碎模型;以喷油压力为参数,基于初始破碎粒径分布公式,建立了缸内汽油直喷喷雾破碎模型;最后通过定容喷雾实验进行汽油自由喷雾实验,验证所建模型的合理性。研究结果发现:Huh Gosman模型在汽油喷雾模拟过程中,模拟结果与实际喷射过程最为接近;FIPA模型在相应模拟条件下,液滴的破碎速度过快;而KH-RT模型在该喷射条件下,液滴的破碎速度过慢。通过对Huh Gosman模型进行修正,模拟计算结果与实际结果相近。最后利用该模型对不同喷油压力下的自由喷雾进行模拟,计算结果与实验结果吻合较好。     

车用汽油机缸内直喷技术的研究现状与展望

从汽油机的混合气形成与调节、燃油喷射、燃烧系统3方面对车用汽油机缸内直接喷射技术的发展及新技术进行了概述。车用汽油机缸内直接喷射技术有很大的发展潜力，将得到更大发展并取代目前的进气道直接喷射方式。通过对排放、积炭、催化器及燃油喷射系统等问题的分析和探讨，提出了缸内直接喷射式汽油机进一步发展的方向和建议。     

主动预燃室式直喷汽油机稀薄燃烧性能研究

我国能源供给越来越紧张,人们更加注重车用发动机的燃油经济性,其中汽油机稀薄燃烧技术能够有效改进汽油机燃油经济性.基于此,笔者主要针对主动预燃室式直喷汽油机稀薄燃烧性能进行研究.仿真实践证明:稀薄燃烧能够有效减少油耗,提升发动机热效率;同时采用主动预燃室系统,有效拓展稀燃极限,减少氮氧化物排放量.     

小型直喷柴油机循环变动工况分析

研究采用低旋流进气、浅ω型燃烧系统的S195型直喷柴油机的循环变动，用最大爆发压力以及所在时刻φA、最大压力升高率dpz／dφ及其出现时刻φB、平均指示压力Pi等指标进行评价。通过分析怠速工况、最大扭矩工况、标定工况的循环变动情况，表明由于主要采用空间混合燃烧的方式，无论是在最大扭矩工况还是标定工况，燃烧都比较粗暴，Px变动适中而dpz／dφ变动较大，机械负荷较大。同时，φA和φB集中而适时，燃烧比较完善，Pi的变动率较小而稳定，动力性较好。怠速时的循环变动率比较大。     

点火能量对CNG低压直喷发动机燃烧特性的影响

研制了一套可变能量的高能点火系统。利用该系统研究了点火能量对低压缸内直喷天然气发动机燃烧特性的影响。研究结果表明,增大点火能量,有助于改善低压缸内直喷天然气发动机的燃烧过程,加快火核的形成和初期火焰的发展,提高燃烧稳定性,但当点火能量增大到一定值后,继续增大点火能量对发动机燃烧性能的改善作用不再明显。     

汽油/氢发动机燃烧特性试验与仿真

进行了当量比=1的汽油机和当量比分别为0.8、0.6、0.4的纯氢发动机台架试验.通过对测得的汽油机和氢发动机燃烧缸压数据进行标定,建立了较为准确的AVL Boost汽油机和氢发动机燃烧仿真模型,并进行了仿真.结果表明,氢燃料的特性使得缸内混合气的燃烧速度显著加快,燃烧持续期大幅缩短,导致缸压上升,有效热效率得到提高.当量比为0.4的稀薄工况时纯氢发动机仍可正常运行,发动机燃用氢气可改善发动机性能.     

稀燃纯氢发动机怠速燃烧与循环变动试验

在一台加装了电控氢气喷射系统的四缸发动机上,就怠速、稀燃条件下纯氢发动机的燃烧与循环变动特性进行了试验研究。试验结果表明,在过量空气系数为2.08~3.20,利用原机电子控制单元自动调整点火角及怠速马达开度可以将纯氢发动机怠速转速控制在原机目标怠速(790 r/m in)附近。随着过量空气系数的增加,发动机传热损失有所降低,但平均指示有效压力及燃烧持续期的循环变动略有增加。当过量空气系数由2.08提高至3.20时,每循环进入发动机的燃料能量流量减少约15.4%。     

缸内直喷发动机低温冷启动燃烧模式的分析研究

基于三维软件AVL-fire建立EA888发动机的仿真模型进行仿真分析,首先在单次喷油策略下模拟均质燃烧,然后在2次喷油策略下,燃油比例为1∶4来模拟分层燃烧,然后在-20℃的环境温度下,分析分层燃烧模式在不同喷油策略下对CA50、平均指示压力(IMEP)、NO_X的变化。最后进行EA888发动机台架实验对仿真结果进行验证,在低温冷启动通过对比分析2种燃烧模式随着循环数的增加,燃烧特征参数CA10,CA50,CA90,放热率的变化。结果表明,总体上分层燃烧模式优于均质燃烧,有利于提高GDI发动机低温冷启动性能。     

柴油机燃烧噪声增压影响机理试验分析

研究了直喷式柴油机增压对燃烧噪声的影响机理.通过测量稳态和恒转矩增转速瞬态工况增压前后影响燃烧噪声的参数,得出增压前后柴油机燃烧噪声的变化规律.从燃烧室壁面温度、气体动力载荷和压力高频振荡等方面对试验结果进行分析.结果表明:增压后燃烧噪声降低,增压对稳态工况燃烧噪声的降低比对恒转矩增转速瞬态工况更明显,增压在中速中负荷工况下,对燃烧噪声的控制效果较好.     

柴油机内锥碰撞式伞状喷雾燃烧系统性能试验

为提高直喷式柴油机缸内油气的混合速率及其分布均匀度,利用从多孔油嘴喷出的油束撞击设置在喷孔出口外围的内锥导向面上,扩展成近似的伞状喷雾,喷雾的碰撞量可以通过改变喷孔和碰撞面的相对位置来调整.应用FIRE 8.4对全碰和半碰喷雾及多孔自由喷雾的空间分布特性进行了模拟分析.结果表明:与自由喷雾相比,内锥碰撞式伞状喷雾具有扩散度高、周向分布均匀的特点.在单缸135型柴油机上进行的燃烧性能对比试验表明:半碰方式好于全碰方式,半碰方式时采用4孔油嘴优于6孔油嘴,适当的供油提前角有利于实现柴油机的热预混合燃烧.     

O2/CO2环境下柴油机燃烧特性数值模拟

为了突破柴油机NOx-Soot折中曲线的束缚,提出基于O2/CO2环境的柴油机燃烧新模式,运用AVL-FIRE软件对发动机缸内压力、温度场分布及整机动力性能进行数值模拟,分析不同参数对柴油机燃烧特性的影响,从而获得最佳的O2/CO2摩尔百分比,最后在光学发动机上对典型曲轴转角时刻缸内燃烧过程进行了可视化研究。仿真结果表明,当供油提前角不变时,O2低于50%时,缸内柴油无法着火燃烧;O2为65%、CO2为35%是该方案中的最佳参数组合;当改变供油提前角时,O2为50%、CO2为50%是该方案中的最佳参数组合。光学可视化试验表明,O2/CO2环境的最大压力升高率时刻、最大放热率时刻缸内平均温度均低于正常空气时,而最大爆发压力时刻的缸内平均温度略高于正常空气时;和正常空气相比,O2/CO2环境的主燃烧期扩散燃烧速率提高约37.6%。     

燃烧室几何形状对柴油机燃烧过程影响的研究

为研究燃烧室几何形状对柴油机缸内混合气形成状况及燃烧质量的影响。应用CFD软件F ire对三种不同几何形状的燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟,并比较了燃烧室内速度场、燃油浓度场和温度场在不同曲轴转角时的分布情况。计算结果表明燃烧室几何形状会影响缸内的速度场和燃油分布,从而影响混合气的形成、燃烧的进行、温度场的分布和NO的生成。计算结果为柴油机的改进和优化提供了依据。     

DMC/柴油混合燃料共轨柴油机燃烧循环变动研究

研究了不同条件下DMC/柴油混合燃料共轨发动机的燃烧循环变动,以及COHR和EGR率对燃烧循环变动的影响。结果表明:共轨发动机燃用不同燃料时的燃烧循环变动率都较小;D10燃料燃烧的循环变动率大于纯柴油;发动机大负荷时的循环变动率相对较小;随着COHR的增加,以pmi为表征参数的循环变动系数变化不明显;以pmax为表征参数的循环变动系数略有增大,而以θd为表征参数的循环变动系数明显增长;D10燃料的循环变动系数随EGR率的增加呈缓慢增长,柴油则相对平稳;高的平均指示压力对应着短的火焰发展期。     

CNG发动机燃烧室形状对气流运动和燃烧特性的影响

为提高天然气发动机的燃烧品质,基于6105型涡轮增压CNG发动机,通过建模分析法,对发动机不同燃烧室形状对缸内气流运动和燃烧特性的影响进行了三维数值模拟研究。研究结果表明,燃烧室形状对挤流的形成和燃烧过程有着重要影响。缩口型燃烧室具有较大的挤流强度和较长的涡流持续期,火焰传播速度快,燃烧性能好,但其火花塞附近的热负荷较大,NOx的含量高。敞口型燃烧室挤流强度较弱,火焰传播速度较慢,燃烧性能最差。直口型燃烧室则介于两者之间,既能保证较快的火焰传播速度和较好的燃烧性能,又降低了其火花塞附近的热负荷和NOx的排放量,是较适合天然气发动机采用的燃烧室。