柴油机混合气形成条件对瞬态火焰温度和碳烟质量浓度影响的研究

进气涡流强度、喷嘴的喷孔直径与个数、喷油压力等直接影响直喷式柴油机燃烧室内混合气形成与燃烧过程的进行，从而影响柴油机的动力性、燃油经济性和碳烟排放。作者用同步光导纤维四色法测量系统，研究了进气涡流、喷孔直径和个数对燃烧过程中火焰温度和碳烟浓度的影响。本文介绍的是所进行的研究工作和得到的结果。     

Bump环强化柴油混合过程的数值模拟研究

对双模式HCCI燃烧,促进其主喷阶段燃油的混合速率至关重要。采用CFD数值模拟方法研究了一种新型燃烧室设计——BUMP燃烧室对直喷柴油机喷雾燃烧过程的影响。结果表明,bump环扰动缸内气流运动产生复杂的流谱,形成强烈的湍流。燃油喷雾撞壁后,bump环剥离壁面射流形成二次空间射流,减少了燃油在燃烧室壁面的沉积,湍流混合速率大大增加。自燃着火时刻,BUMP燃烧室内有38．2％的燃油处于碳烟生成门槛之外,而对比燃烧室仅为28．9％。数值模拟解释了BUMP燃烧室同时降低NOx和碳烟排放的实验现象。此外,模拟还发现燃油混合速率对喷油定时非常敏感,存在一个高湍流混合速率曲轴转角区间。     

双层分流燃烧室结构及喷射参数智能优化

通过采用NSGA-Ⅱ遗传算法耦合KIVA-3V程序,以双层分流燃烧室为研究对象,对其燃烧系统结构参数与燃油喷射参数进行了多目标智能优化研究,过程中优化了柴油喷射正时、喷孔夹角、涡流比、压缩比及燃烧室结构参数．研究表明：NO_x和碳烟排放呈现出明显的trade-off关系,NO_x排放和指示燃油消耗率之间存在一定的trade-off关系．对于带碰撞凸台的双层分流燃烧室,射流油束撞击燃烧室喉口碰撞凸台后分为上、下两束,其中下部油束向燃烧室内部卷吸,上部油束进入活塞压缩余隙区域．此时气缸内部空气利用率较高,燃料燃烧较为充分,高温区域分布较广;因而NO_x生成区域分布较广、生成量较高．同时因受到双层燃烧室燃料喷射分流的影响,在燃烧室内部以及压缩余隙区域均有明显的碳烟生成,使得碳烟生成区域较为分散,大部分碳烟能够在燃烧后期与新鲜空气混合从而被氧化．     

燃油系统参数对柴油机燃烧及排放影响的研究

采用CFD数值模拟方法研究了柴油机燃油喷射系统参数--喷孔直径、喷雾夹角等对柴油机燃烧过程及排放的影响.研究结果表明,喷孔直径对缸内速度场影响较大,较小的喷孔直径可以促进缸内充量的混合.喷孔直径越小,缸内高温区域出现越早,而且高温区域范围越大.随着喷孔直径的减少,碳烟排放降低,Nox排放升高.改变喷雾油束夹角对缸内压力和温度影响不大,但是影响到喷雾油束的落点位置.落点位置过高,则油束喷入气缸余隙较多,燃烧质量较差,生成较多碳烟;落点位置过低,则油束喷到燃烧室凹坑底部,导致油滴沉积在温度较低的燃烧室底面上,碳烟排放恶化.     

具有涡流喷油嘴的小型直喷式柴油机

在一个具有涡流喷油嘴的小型直喷式柴油机上,研究了涡流比和喷油嘴位置对混合气形成和燃烧过程的影响.涡流喷油嘴在针阀体外表面上有两道螺旋槽,其特征是喷注贯穿度不大,喷注锥角宽且油滴雾化均匀.由于油滴刚离开喷油嘴的喷孔后就朝着空气涡流方向偏转,且沿着燃烧室壁运动,所以涡流比和喷油嘴位置对混合气形成和燃烧过程的影响相当大.借助于气缸内观测和压力变化历程的分析,发现这两者对油滴和蒸气的分布和扩散燃烧的影响极大,但对发火的产生和预混燃烧的影响不大.     

温度及压力对柴油机燃烧室内混合气形成影响的数值模拟

用CFD分析软件对柴油机燃烧室内不同环境条件下柴油喷雾的混合气形成及撞壁混合过程进行了模拟计算，并与PLIF法取得的试验结果进行了对比，二者基本吻合．试验和模拟计算结果均表明，油束撞壁后主要沿燃烧室壁面向下移动，在燃烧室近壁区形成一层薄而浓、面积较大的混合气层，且随燃烧室内气体密度的增大，对应时刻及位置的速度、喷雾贯穿距、燃烧室壁面的燃油堆积量、近壁区浓混合气层的面积及混合气浓度减小．     

柴油机进气-压缩过程的三维瞬态数值模拟研究

应用动网格技术,对某柴油机在进气和压缩过程中气道-气门-气缸内的瞬态流场进行了数值模拟。模拟结果表明：在进气过程初期,缸内气流运动是紊乱的;随后,逐渐形成多个小涡流;到进气过程中后期,单一大尺度进气涡流形成并逐步得到发展、稳定和加强。而压缩过程初期,在进气涡流继续保持的同时,压缩涡流形成;到压缩过程后期,挤压涡流出现,气流以螺旋方式从气缸进入燃烧室,同时缸内的滚流逐渐加强。压缩过程中缸内气体的平均湍动能随曲轴转角的增大呈先减小后增大再减小的趋势。压缩上止点附近气缸边缘的湍动能很弱,而气缸中部挤流区域的湍动能则相对很强。水平方向的涡流、轴线方向的滚流以及湍动能的这种分布特性都有利于燃油的雾化以及与空气的混合。     

汽油机滚动涡流模拟试验台和滚流进气道的试验研究

阐述了用于汽油机气缸内横轴涡流测量的稳流试验台的设计研制。经实验证明实验台测试结果合理，具有良好的可比性。以稳流模拟试验台的测试结果为依据，建立了滚流的计算模型，预测精度可满足工程需要。采用７种不同形式的滚流进气道，经平顶燃烧室及屋顶形燃烧室的双重试验，找出了影响滚流强度及流量系数的因素，可为汽油机进气道和燃烧室的设计提供参考。     

涡流燃烧室碰撞喷雾模拟分析

应用FIRE软件,对一种吊钟型涡流室式柴油机的压缩、喷雾过程进行模拟,考察气流运动、喷雾方向对混合气形成、分布、扩散过程的影响.对于喷雾过程,主要通过缸内的燃空当量比分析了燃油的分布情况;由油滴在涡流室内的粒径云图观察喷雾的形态.模拟结果表明:涡流室内强烈的气流运动对燃油的雾化作用很大,由于气流的阻尼作用,油滴不断破碎...     

4气门汽油机缸内滚流运动的LDA实验研究

４气门汽油机是车用汽油机主要的发展方向，其缸内空气运动的主要形式划滚流，与传统２气门发动机缸内的涡流运动不同，本用ＬＤＡ在一台单缸４气门汽油机上测量了缸内滚流运动，并借助于多维数值模拟计算了滚流的形成和演变规律，研究了规律的湍流特征。研究指出，滚流形成于压缩过程初期，以后随活塞动得以维持和发展；它在压缩末期衰减，畸变和破碎，使燃烧室内湍流强度显增加。     

燃油碰撞形成混合气在直喷式柴油机上的应用

介绍一种新型直喷式柴油机燃烧系统。在普通轴针式喷油嘴头部加装一挡块，燃油束经其撞击后，部分燃油向垂直于轴针方向四周扩展，增大燃油与空气的接触面积，加快燃油与空气的混合速率，实现了在较低涡流比条件下用单孔轴针式喷油嘴进行直喷式燃烧。实验在一台卧式单缸柴油机上进行。结果表明，该燃烧系统可行，对燃油品质要求不高、工作可靠、起动性好。     

进气涡流比对直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒变化历程的影响

采用双成象技术研究了不同进气涡流比时直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历程。大量的研究结果表明：直喷式柴油机燃烧涡流从缸心向侧壁发展，更接近刚性涡特性。当涡流比高达4．5时，着火瞬间油束之间拥有空气的面积还相当多；涡流比过高，油雾和早、中期的火焰被局限于活塞凹坑内，这导致了气缸内空气利用率降低和燃烧后期碳粒增多。     

汽油机气缸中滚动气流运动对发动机性能的影响

本文通过调整导气屏气阀位置产生大范围变化的缸内气流运动形式，用传统的稳流试验台和作者最近研制的测缸内滚流运动的稳流试验台对各种气流运动形式进行稳流试验，用二维激光多普勒测速仪在反拖的发动机缸内紊流运动的发展变化并用着火发动机的性能实验结果来分析各种气流形式的涡流、滚流和紊流特性。试验结果表明，在气缸中产生较强的横轴涡流即滚动或接近滚动气流运动时，燃烧室内的紊流强度可获得较大的提高，性能也有明显的改     

对柴油机用轴针式喷油器实现直喷燃烧的分析

从研究Elsbett“双热区”隔热直喷燃烧系统（DuothermicCombustionSystem）出发,分析了喷雾贯穿。喷孔直径、喷油器安装位置、铰接式铸铁活塞、采用机油冷却及增压等对混合气形成及燃烧过程的影响。认为,适当增加进气涡流强度、缩小喷孔与轴针之间的配合公差、采用铸铁活塞头部、以机油作为冷却介质、实现高温冷却等措施,有利于改善小缸径柴油机混合气形成及燃烧过程。“双热区”燃烧系统对采用轴针式喷嘴实现小缸径柴油机的直喷燃烧有许多值得借鉴之处。     

单缸柴油机双喷油器燃烧系统的研究

本文介绍了柴油机双喷油器燃烧系统的结构和工作原理，在小缸径柴油机上使用双喷油器燃烧系统可以增加喷注的自由贯穿长度，使喷注得以充分扩散，从而促进柴油和空气的混合，提高混合气形成质量，改善燃烧过程，同时，可以降低对进气涡流的要求，增加气门流通面积，减少流动损失。采用该燃烧系统，还可以减少气缸盖的热负荷，可实现先缓后急的喷油规律，降低柴油机的工作粗暴性和燃烧噪声。     

伞状喷雾及HL喷雾在柴油机均质预混合燃烧中的应用研究

针对柴油机均质预混合燃烧的混合气形成提出满足喷雾碰壁少，雾化好等要求的早期喷射缸内预混合方式，并对喷雾状态、性质及其预混合燃烧做了深入探讨。对HL喷雾与多孔喷雾做了比较研究。试验证明，HL喷雾具备双工作模式的能力。     

不同口径比和径深比燃烧室工作过程分析

不改变燃烧室体积,通过改变燃烧室的口径比和径深比,对柴油机工作过程进行了模拟计算。燃烧模型取4步简化动力学模型,湍流模型取修正k-ε模型。计算区域除气缸和燃烧室外,还包括进、排气支管。计算结果表明,随着口径比的减小,缸内挤流强度增加。对于空间雾化燃烧的直喷式柴油机,将燃烧室结构设计成油注形状,可以利用燃烧波在燃烧室内产生较大尺度的垂直涡流,有利于增强燃油喷射效应,从而提高油气与空气的均匀混合质量,提高柴油机的经济性,同时也有利于降低NO排放。     

小缸径直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒生成过程试验研究

本介绍了作采用同步高速摄影技术和图象分析技术研究柴油机缸内碳粒生成和氧化过程的研究结果。研究结果表明：在柴油机燃烧过程中碳粒最早出现在燃烧室内有空气渗混的富油区；速燃期内高温富碳燃烧区的形状与着火前一时刻喷雾场的形状相吻合；富油区大直径油滴的燃烧裂解和活塞顶隙处外溢燃气的低温燃烧是柴油机产生碳烟微粒排放的主要原因。