基于EGR稀释的汽油机一维性能仿真

为了改善大众EA888发动机的性能,对其采用加载低压EGR系统进行研究。首先利用GTPOWER软件建立发动机仿真模型,通过模拟数据与实验数据的对比,验证了模型的准确性;然后在模型中加载外部低压EGR系统,使其在不同的转速下得到相应的压缩比、燃油经济性,排放性能的仿真数据,并进行结果分析。结果表明:在EA888发动机中加载低压EGR系统后,在保持动力性的前提下,排放情况得到了很大的改善,NOX的排放量大幅度下降;随着EGR率增加,发动机的燃烧持续期增加,缸压峰值和燃烧相位也发生了改变,燃油消耗率下降。     

利用分层EGR提高甲醇发动机燃烧性能的研究

针对一台具有螺旋进气道的点燃式甲醇发动机,采用进气道加装螺旋隔板的方式实现了EGR和新鲜充量的分开引入。应用CFD仿真软件FIRE模拟了不同EGR通入压力和通入时间下EGR分层的效果。结果表明,EGR通入压力对EGR分层影响不大,而EGR的通入时间对EGR分层效果影响很大。当新鲜充量的通入压力为80k Pa,EGR的通入压力为130 k Pa且EGR在290°CA BTDC(压缩上止点前)停止通入时,可实现最佳的分层效果,此时火花塞附近的EGR浓度最低,为25%,燃烧室凹坑内的EGR浓度最高,为44%,EGR分层梯度达到19%。同时,还对比分析了EGR对甲醇发动机燃烧性能的影响,发现分层EGR较均质EGR可有效地提高缸压峰值、提前燃烧始点和缩短燃烧持续期,有利于发动机燃烧性能的改善。     

复合供气压燃式天然气发动机的燃烧过程

根据分层燃烧的理论,设计了分隔室复合供气式压燃天然气发动机。采用化学动力学与CFD耦合的方法,对该发动机在复合供气方式下的着火和燃烧机理进行了模拟计算。结果表明,复合供气模式下由于在主、副燃烧室中可形成较明显的温度分层和浓度分层,实现了分层燃烧方式,获得了较宽的运行范围,平均指示压力达到0.63MPa,比进气道供气模式约高50%。     

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.     

压缩比对二甲醚燃料均质压缩燃烧的影响

在一台2135型柴油机上实现了纯DME的均质充量压缩(HCCI)燃烧方式。试验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于零排放。在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC排放随负荷变化不大。燃烧机理等研究表明,由于纯DME十六烷值高导致着火比较早(上止点前28°CA左右),该发动机只能在中低负荷较小范围内运行。为扩展发动机适用工况,进一步通过调节试验发动机压缩比的方法来改进和控制HCCI的燃烧。试验结果表明以上方法可以有效地控制HCCI燃烧,拓展了HCCI发动机运转范围。     

汽油机均质稀薄燃烧与二次喷油研究

本文主要针对直喷式汽油机混合气燃烧的核心问题——均质稀薄燃烧与二次喷油展开研究,分别研究了均质稀薄燃烧与二次喷油的原理。     

标定工况柴油机燃用小油桐油料的循环波动研究

在单缸水冷四冲程柴油机上针对不同的小油桐油料进行了标定工况试验,测录了多循环的瞬时气缸压力与高压油管燃油压力,对比分析了喷油与燃烧过程中各参数的循环波动。结果发现,小油桐油的喷油始点比柴油迟1°CA,喷油持续期相当,最高喷油压力要高出近5 MPa;滞燃期比柴油缩短约3°CA,燃烧始点早于柴油约2°CA,燃烧压力升高率明显比燃用柴油时低,最高燃烧压力也低于柴油。在循环波动上,柴油的滞燃期、燃烧始点均较稳定。燃用加热后的小油桐油平均指示压力的波动率较低,其燃烧过程,特别是后燃期较为稳定。     

生物柴油发动机燃烧火焰与放热过程特性研究

为研究生物柴油与柴油燃烧及放热过程的差异,应用高速摄影采集了柴油机燃用豆油甲酯和柴油的缸内燃烧火焰图像,实测了缸内压力示功图.以直接的火焰辉度图像结合放热规律分析,揭示了生物柴油和柴油缸内燃烧的历程.在未调整发动机燃烧系统参数的前提下,生物柴油因弹性模量大和十六烷值高的综合贡献,使着火时刻较柴油提前1.5°CA,其中生物柴油开始喷油时刻较柴油提前0.7°CA;在速燃期生物柴油燃烧火焰最亮辉度和持续时间均低于柴油.在燃烧的最后阶段,没有明显火焰的化学反应释放出的热量仅占2％ ～3％.     

拖拉机发动机燃油喷射系统优化——基于CFD技术和自适应振动信号处理

为了提高拖拉机发动机的工作性能,提高燃油的燃烧效率,达到节能环保的目的,提出了一种采用高压共轨燃油喷射系统的拖拉机发动机设计方法,并利用实验和仿真模拟两种方法对其可行性进行了验证。为了采集得到拖拉机高压共轨喷油系统在复杂多噪声环境下的振动信号,采用自适应Kalman滤波方法对采集信号进行了滤波处理,通过采集信号和故障信号的对比,表明高压共轨喷油系统工作状态正常,从而验证了其可行性。利用CFD技术建立了高压共轨喷油系统的流场模型,影响发动机正常燃油燃烧的主要因素是空穴,因此采用CFD数值仿真模拟的方法,通过参数调整模拟了多种工况下的喷油空间内气相和速度分布。仿真模拟结果发现:空穴的发展主要跟长细比有关,在不同喷孔直径和长度时,空穴的发展与长细比成正比。因此,在设计拖拉机发动机高压共轨喷油系统时,需要选择合适的长细比,以保证空穴体积较低到最小,提高发动机的工作效率,降低空穴对发动机的损害。     

缸内直喷汽油机部分负荷燃烧特性试验

在一台2.0L缸内直喷汽油机(GDI)上研究了中低转速、部分负荷的燃烧特性,并分析了进气滚流及喷油定时对燃烧特性的影响.结果表明,在转速为1 000 r/min、平均有效压力为0.1 MPa工况时,加大进气滚流可增强缸内气流运动,提高混合气燃烧速度.而随着转速提高,滚流作用逐渐减弱,在转速为3 000 r/min、平均有效压力为0.3 MPa工况时,加大滚流会引起燃烧过程恶化;喷油定时对3 000 r/min工况下的混合气形成和燃烧稳定影响大于2 000 r/min工况,且不同工况点的喷油定时均存在最佳值,在300°CA ～ 320°CA BTDC之间.     

柴油机燃用小桐子油的燃烧过程三维模拟

小桐子油在常温下的黏度比柴油大10倍以上,因此研究柴油机燃用小桐子油的燃烧过程,对于小桐子油作为燃料的实际应用有重要的意义。建立了柴油机三维燃烧模型,对柴油机燃用小桐子油的燃烧过程进行了模拟。模拟所得的气缸压力与试验测试结果较为吻合。通过三维燃烧模拟对缸内的流场、温度场及平均温度的变化进行了分析,发现燃用小桐子油时柴油机的喷油时刻比燃用柴油时略有提前。燃烧始点较早,预混燃烧峰值提前,燃烧持续期较大。     

燃烧室和喷嘴对均质混合气形成的影响

利用KIVA-3V程序模拟了柴油机早喷形成均质混合气的浓度场和温度场。模拟计算表明,利用早喷可以形成分层均质混合气;使用多孔喷嘴是混合气碰壁造成偏浓的主要原因,活塞形状对分层均质混合气的形成影响不大;使用单孔喷嘴垂直喷射,能形成理想的分层均质混合气,因为在气缸壁附近形成一层很稀的混合气,它将较浓混合气与气缸壁“隔离”起来,避免燃油碰壁。     

多级喷射对柴油机燃烧与NO_x排放影响的数值模拟

基于KIVA-3V程序并应用引导喷射策略,对柴油机燃烧过程与NOx排放进行了数值模拟研究。研究结果表明:与传统的单级喷射相比,引导喷射可缩短主喷滞燃期,降低最高燃烧温度,从而降低NOx排放。若引导喷射提前角过小,则NOx排放降低较少;若引导喷射提前角过大,则NOx排放增加。在11°CA的引导喷射提前角、15%的引导喷射量和4°CA的主喷提前角下,NOx排放降低了约13%。     

直喷柴油机燃烧过程三维模拟研究

建立了直喷柴油机燃烧过程的三维燃烧模型,通过与试验数据的对比,验证了模型的可行性。并通过模型分析了直喷柴油机燃烧过程中缸内的流场、喷油颗粒与燃油组分、压力、温度、NOx及O2浓度的分布,较详细的得出缸内各参数随时间和空间的分布变化规律。     

重型直喷柴油机缩口燃烧室结构特点与评价

为定量评价缸内瞬态气流特性,定义了涡流强度保持性概念。利用CFD软件FIRE对柴油机缩口直喷燃烧室内的气流分布特性进行了数值计算,在此基础上根据流场随曲轴转角变化特性的计算结果,用Matlab软件计算了瞬态的涡流强度保持性,由此分析燃烧室结构对涡流强度保持性的影响。同时试验研究了涡流强度保持性与喷射系统参数、进气涡流匹配时对柴油机性能的影响。结果表明,通过燃烧室结构控制涡流强度保持性,并与其他参数优化匹配后在动力性、经济性保持不变的前提下,可有效地改善柴油机的排放特性。     

甲醇-柴油混合燃料的燃烧特性研究

通过试验研究,分析了小比例甲醇-柴油混合燃料对直喷式柴油机燃烧特性的影响。结果表明:在相同的平均有效压力和转速下,相比于纯柴油,甲醇-柴油混合燃料滞燃期延长,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力、最大压力升高率及最高平均燃烧温度上升;甲醇-柴油混合燃料与纯柴油放热规律相似,最大瞬时放热率比纯柴油大,且峰值所对应的时刻滞后;混合燃料预混燃烧部分比柴油略大,燃烧放热重心向上止点后偏移。     

进气道燃料喷射氢内燃机回火机理与控制研究

建立了包含进气道和气缸的氢内燃机三维仿真模型,研究了进气道燃料喷射氢内燃机不同转速和负荷条件下的回火机理.提出了通过优化喷氢相位,使低浓度混合气在进气门打开时首先进入气缸,降低缸内废气和热点温度,从而抑制回火的方法.仿真分析了不同转速和负荷条件下喷氢相位对进气门处混合气浓度和温度的影响,得到了最优的喷氢相位.经试验验证,优化的喷氢相位使氢内燃机能够在全工况内达到或超过混合气化学当量燃空比无回火工作.     

螺旋/切向气道相异气门的缸内气体分层燃烧分析

通过CFD数值模拟,对D19四气门、双进气道发动机进行相异气门的缸内气体分层燃烧分析。研究表明:相异气门可使缸内进气量和涡流比大幅提升;螺旋气道引入方式下的气体,凹坑和燃烧室相对中心区域CO₂分布较多。而切向气道引入方式下的气体,靠近切向气道一侧的CO₂分布较多,围绕燃烧室中心区域的CO₂分布较少;相异气门条件下,发动机排放的Soot和CO大幅减少,NOx略有增加。     

温度分层均质压燃发动机燃烧和排放数值模拟

通过修改SENKIN程序,建立起一个有质量交换和缸壁传热的9区化学反应动力学模型.以SKLE正庚烷简化模型作为燃烧反应动力学机理,利用该模型计算了发动机的主要燃烧参数和排放物含量.结果表明,该多区模型能够准确地模拟温度分层均质压燃发动机的燃烧和排放特性.在温度分层均质压燃发动机中,外核心区、壁面边界层和缝隙是CO和HC的主要来源.其中,在外核心区产生CO和HC是由于壁面边界层和缝隙内的未燃混合气在膨胀过程中流入该区被部分氧化或没有被继续氧化.NO_x主要来源于高温的内核心区.要同时获得高效燃烧和超低排放,应适当提高壁面温度.