自由活塞式发动机NOx排放的数值计算研究

以燃烧反应化学动力学程序SENKIN为基础,建立了预测发动机排放的计算模型,并针对自由活塞式发动机的特点进行了修正,并对修正后的模型进行了实验验证。利用该模型对自由活塞式发动机的排放进行了数值计算。计算结果揭示了该种发动机排放物的生成特点以及发动机转速、混合气燃空比对排放产物的影响规律。     

斯特林发动机在空间太阳能发电中的应用

提出了空间太阳能发电系统中采用自由活塞式期特林发动机发电装置的概念设计模型,确立了整个概念设计的框架,并对自由活塞式斯特林发动机作了初步设计,同时对有关问题进行了讨论,提示了今后的发展方向。     

喷油策略对自由活塞直线发动机燃烧过程的影响

研究不同喷油策略对自由活塞发动机燃烧排放性能的影响,探索了适合自由活塞发动机柴油燃烧系统的喷油策略。基于AVL FIRE仿真平台,搭建三维动网格计算模型,通过台架试验数据,对试验喷油策略为矩形的缸压数据进行标定,验证了模型的准确性。然后对4种不同曲线形状喷油策略(普通三角形、等腰三角形、矩形和梯形)下的发动机燃烧放热及排放性能进行了仿真计算。研究结果表明:压缩上止点前采用矩形喷油策略缸内油气混合速率最快,压缩上止点后采用等腰三角形喷油策略更有利于油气混合;等腰三角形喷油策略下发动机峰值燃烧压力最大,最接近上止点,而且指示热效率最大,达到0.371;等腰三角形喷油策略下,缸内峰值燃烧压力和温度最大,NO排放最高而碳烟排放最低。     

自由活塞发动机活塞环密封特性研究

为获得自由活塞发动机活塞环密封特性,基于热力学方程和一维等熵流动方程建立了工作过程活塞环密封数学模型,对比发动机静态密封试验数据对模型进行了修正。运用所建密封模型和已有工作过程计算模型分析了自由活塞发动机和传统发动机活塞环密封特性之间的差异,并研究了相关参数对自由活塞发动机漏气损失的影响规律。研究发现:一个循环时间内,自由活塞发动机活塞环密封工作的时间较传统发动机长,但缸内气体泄漏质量较少;压缩过程中,自由活塞发动机缸内气体泄漏质量较多,但燃烧过程和膨胀过程泄漏的质量较少;选取适当的压缩比、活塞环间距和电磁负载有助于减小漏气损失。     

火花点火发动机着火延迟期,燃烧持续期及NOx排放的数值模拟预测

本文介绍了火花点火发动机着火延迟期、燃烧持续期及ＮＯｘ排放的数值计算方法，并结全准维湍流卷吸模型进行了数值计算。文中给出了准维模型的计算与试验结果，并分析计算了若干发动机运行参数对着火延迟期、燃烧持续期及ＮＯｘ排放和平均指示压力的影响。结果表明，根据准维模型建立的着火延迟期、燃烧持续期及ＮＯｘ排放计算式有较清晰的物理意义，对分析、理解火花点火发动机燃烧与排放形成有一定的参考价值。     

基于Matlab/Simulink的自由活塞式发电机运动仿真分析

自由活塞式发电机具有结构紧凑、高效率以及燃料适应性广等优点,是一种热门的混合动力装置。在MATLAB/Simulink建立了自由活塞式机电耦合系统的模型,初次引入了发动机的扫气过程,设计了一种直线电机在电动机模式下的装置启动控制策略,并阐述了建模的数学理论依据以及模型各子模块的耦合逻辑。同时,对拟开发设计的试验装置的关键参数进行了仿真优化,为之后设计试验台架提供参考。仿真研究结果表明:适当增加动子质量以及在更靠近缸盖的位置点火均能增大装置的输出功率。     

自由活塞式斯特林发动机的性能优化

以Simple分析法为基础,扩展针对自由活塞式斯特林发动机的分析软件,研究各项设计参数对自由活塞式斯特林发动机性能的影响,并对各项设计参数进行优化。结果表明:发动机性能随回热器孔隙率和相位角的变化有最佳值,而随系统平均压力和频率的增加而增加;当加热器和冷却器长径比(L/g)大于10时,环形间隙(g)越小,发动机输出功率与热效率越高;发动机输出功率随回热器长径比的增加而减小,热效率随回热器长径比的增加而增加;而发动机性能随加热器与冷却器长径比的变化有最佳值。     

生物柴油发动机NOx排放影响因素的数值模拟

根据生物柴油与柴油物性参数的差别,对柴油缸内喷雾燃烧模型进行修正,建立了生物柴油的缸内喷雾燃烧模型,利用该模型计算得到的缸内压力示功图与试验结果进行对比,验证了模型的准确性;利用AVL - fire软件,计算了发动机参数对生物柴油NOx排放的影响规律,着重考察了喷孔直径、喷雾锥角、喷油提前角、EGR率对燃烧温度和NOx...     

小型斯特林发动机不同外加热工况下运行的探索性实验

该文就其微型化可能产生的一系列问题,如：输出频率过高、产生转矩过小、冷热端差过小等进行了分析。提出自由活塞式斯特林发动机比热声式更具微型化的优势。并对一台长12cm、直径2．5cm的小型活塞式斯特林发动机进行了实验。实验中发动机热端温度范围64～626℃,通过测量其外壁面温度和声信号随时问的变化,得到发动机的稳定性和输出功率随外加热功率变化规律。该发动机的理论最高功率密度为102kW／m^3。     

小型斯特林发动机不同外加热T况下运行的探索性实验

该文就其微型化可能产生的一系列问题,如:输出频率过高、产生转矩过小、冷热端差过小等进行了分析.提出自由活塞式斯特林发动机比热声式更具微型化的优势.并对一台长12cm、直径2.5cm的小型活塞式斯特林发动机进行了实验.实验中发动机热端温度范围64-626℃,通过测量其外壁面温度和声信号随时间的变化,得到发动机的稳定性和输出功率随外加热功率变化规律.该发动机的理论最高功率密度为102kW/m3.     

发动机活塞销孔偏心对摩擦磨损影响的研究

对不同发动机运转工况及不同销孔偏心进行了发动机试验和活塞动力学模拟对比研究。研究结果表明:柴油机活塞接触压力对偏心量的敏感程度要高于汽油机活塞,小偏心量往往会产生较大的裙部接触压力,而随着偏心量增大,裙部最大接触压力会逐渐减小,但当偏心量增大到一定程度后,裙部最大接触压力反而会有增大趋势;活塞主推力面累积磨损载荷增长主要发生在做功行程前半段,在排气和进气行程几乎没有增加,次推力面累积磨损载荷增长则主要发生在排气行程中间时刻,在进气行程几乎没有增加。销孔中心改变导致活塞质心位置发生了改变,引起了相关性能改变,通过对某汽油机活塞销孔偏心进行优化,活塞裙部主推力侧磨损载荷由27.46MW/m~2变为1.12MW/m~2,降低了近25倍,解决了活塞裙部磨损问题。模拟结果与试验结果十分吻合。     

新型喷钼活塞在柴油机上的应用研究

采用氧-乙炔火焰喷钼工艺对活塞表面进行喷钼处理,提高活塞的耐磨性和表面硬度。通过进行台架试验,测量了柴油机采用喷钼活塞时的油耗、功率、扭矩、排温等性能参数,分析喷钼活塞的实际效果。研究结果表明,与原机活塞相比,柴油机采用喷钼活塞后,标定工况点的燃油消耗率下降约2.6%;功率提高5kW,最大扭矩点扭矩提高10N.m;排温下降8℃左右。     

单缸柴油机电起动过程的试验研究

本文设计和开发了单缸柴油机起动过程试验装置,包括数据采集系统。在该试验台上分别开展了115和130两款典型单缸柴油机电起动过程实验研究,对不同活塞位置电起动过程历程差异进行对比。结果表明,单缸水冷柴油机在不打开减压开关起动时,活塞起始位置的不同对柴油机起动过程的影响较大。在活塞由吸气行程起动过程中,起动电机将历经起动堵转、峰值堵转和方波堵转三次堵转过程,起动最难;如从排气行程起动,起动电机仅历经一次起动堵转,起动最易;而从压缩行程起动,起动难度介于上述两者之间。试验数据显示,130机型自不同活塞起始位置开始起动,其功耗差约6.18倍,时间历程差约6倍。有效控制活塞起动位置处于排气冲程可有效提高发动机起动性能,大幅度节约起动所需电池能量,实现快速起动。     

基于气门升程曲线的发动机性能优化

进排气门的开启时刻,对气缸充量有重要的影响。利用进气惯性及进气门迟闭可以有效地增加气缸充量,而较大的迟闭角可能会因为活塞的上移将气体推出气缸,减小气缸充量。同样,排气提前可以有效地降低缸内残余废气,使排气通畅;而较大的排气提前角可能会造成有效功的损失,并导致各缸间进排气干涉,减小气缸充量。采用仿真分析的方法,分析造成发动机扭矩偏低的原因,更改进排气门升程曲线,有效地增加气缸充量,增加发动机动力性。同时通过试验验证,选用最终的实施方案。     

高原环境重型车用柴油机热负荷性能分析

以高原修正的广安博之喷雾模型为基础,建立具有环境适应性的某特种车辆柴油机缸内燃烧与冷却系统传热耦合模型。海拔3 700m的实车试验表明:模型最大误差在4.3%以内。在不改变发动机部件的前提下,通过调整柴油机供油提前角和最大循环供油量,可改善高原运行时特种车辆柴油机的热负荷。试验结果表明:在海拔4 000m时,供油提前角提前4°CA可使涡前温度最高下降30℃,活塞表面温度最高下降15℃,且表面温度场分布稍有改善,但缸内温度峰值上升20℃;在满足任务工况功率需求的基础上,供油量调整螺钉拧入角度为255°时,热负荷参数满足发动机控制参数要求。     

L250Z系列柴油机的研制

在原6L250GZC－Ⅱ型柴油机的基础上，通过加长行程、改进增压系统、匹配先进的增压器、选择合适的平均有效压力和最高燃烧压力、改进燃油系统、提高燃油喷射压力、优化供油规律和喷油规律并选择合适的燃烧室，使燃油、空气在燃烧室中达到较理想的混合和燃烧，从而达到增加功率、降低油耗、改善排放、提而各项性能指标的要求。改进后的L2502系列柴油机在国内处于领先水平。     

增压中冷柴油机活塞温度场试验研究

为了解4100QBZL型废气涡轮增压中冷柴油机热负荷问题,实测了最大扭矩工况点和标定功率工况点下活塞顶面21个特征点,燃烧室5个特征点,火力岸、环岸和群部10个特征点的温度,并应用Matlab软件对活塞顶部测点的温度值计算模拟得到了活塞顶部的温度场分布和等温线图。结果表明,增压中冷柴油机活塞顶部不同位置的温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,离燃烧室中心越远其温度越低。     

Effects of biodiesel on a low heat loss diesel engine

In this study, the cylinder head, exhaust, and inlet valves of a diesel engine were coated with the ceramic material MgO–ZrO₂ by the plasma spray method, while the piston surface was coated with ZrO₂. Thus, a thermal barrier was provided for the elements of the combustion chamber with these coatings. Using identical coated and uncoated engines, the effects of canola methyl ester produced by the transesterification method, and ASTM No. 2D fuel on engine performance and exhaust emissions were studied. Tests were performed on the uncoated engine, and then repeated on the coated engine and the results were compared. An increase in engine power and decrease in specific fuel consumption, as well as significant improvements in exhaust gas emissions and smoke density, were observed for all test fuels used in the coated engine compared with that of the uncoated engine.     

Numerical analysis of two-stroke free piston engine operating on HCCI combustion

An opposed-piston hydraulic free piston engine operating with homogenous charge compression ignition (HCCI) combustion, has been proposed by State Key Laboratory of Engines as a means of significantly improving the IC engine’s cycle thermal efficiency and lowering exhaust emissions. Single and multi-zone Chemkin model with detailed chemical kinetics, and unique piston dynamics extracted from one dimensional gas dynamic model, have been used to analyze the combustion characteristics and engine performance. Intake heating, variable compression ratio and internal EGR are utilized to control the combustion phasing and duration in the cycle simulations, revealing the critical factors and possible limits of performance improvement relative to conventional crank engines. Furthermore, real engine effects such as heat transfer with air swirl, residual mass fraction, thermal stratification, and heat loss fraction between zones are considered in the sequential CFD/multi-zone method to approach the realistic engine performance at an acceptable knock level.     

Dynamic analysis of a free piston Stirling engine working with closed and open thermodynamic cycles

In free piston Stirling engines the power generated by the engine is related to the length of the piston and displacer strokes. Length of strokes vary with respect to the hot end temperature, external load, charge pressure, rod diameter, stiffness of springs, masses of piston and displacer and static positions of the piston and displacer. When the length of displacer and piston strokes exceeds the estimated limits, some mechanical collisions occur between piston and displacer or displacer and cylinder. In this work, the dynamic model of a free piston Stirling engine working with closed and open thermodynamic cycles was derived and numerically solved for an optional pair of the piston and displacer masses. Safe ranges were investigated for the hot end temperature, charge pressure, damping coefficient of the piston motion, stiffness of the piston spring and area of the displacer rod. The stiffness of the displacer spring and static positions of the piston and displacer were optimized. Analysis indicated that, a free piston Stirling engine working with a closed thermodynamic cycle performs a stable operation within a small range of the hot end temperature and damping coefficient of the piston motion. By means of inverting the engine into an open-cycle engine, the limited range of the hot end temperature and the damping coefficient of the piston motion were partially enlarged.