双燃料发动机气缸压力变动研究

为了准确测量发动机气缸压力、分析燃烧过程,开发了一套可同时测量多缸汽油机各缸示功图的高速数据采集系统,最多同时采集16路信号,最大采样频率1MHz.应用本数据采集系统对化油器发动机改造的双燃料发动机进行了测试.每个气缸测量了至少50循环的压力数据,用倒拖最大压力的平均值为评价标准比较了各缸的进气量差异.同时,分别连续测量了各个气缸燃烧汽油和CNG时的燃烧压力.最后,用最大燃烧压力的平均值和变动系数比较了各缸的燃烧变动.实验结果表明,实验用发动机的各缸进气和燃烧状况存在明显差异,而燃用CNG时最大燃烧压力的变动系数小于燃用汽油时的数据.     

汽油机冷起动过程富氧燃烧试验研究

为了研究进气中O2体积分数对汽油机冷起动过程燃烧与排放特性的影响,试验对一台单缸汽油机分别提供O2体积分数为21%、23%、25%、27%和29%的富氧空气,对比分析冷起动最初60 s内的缸内压力、放热率和排气温度,以及HC、CO和NOx排放.研究结果表明,随着进气中O2体积分数的增加,汽油机冷起动过程燃烧与排放状况均有明显改善,着火更早、燃烧更快、缸内压力峰值和放热率峰值更大;同时,富氧燃烧可提高排气温度,大幅降低HC和CO排放量,减幅分别达88.5%和93.6%,但NOx排放量随O2体积分数增加而加速增大.     

改善混氢汽油机怠速经济性的试验研究

为提高汽油机怠速时的经济性,在一台加装了电控氢气喷射系统的四缸汽油机上针对进气混氢体积分数、停缸、稀燃及降低怠速转速对汽油机怠速燃料能量消耗量的影响进行试验研究.试验中,通过停止发动机指定气缸的燃料供给实现停缸运行.结果表明,加大进气混氢体积分数、停缸及降低怠速转速均可有效提高汽油机怠速时的经济性.其中进气混氢结合停缸的方式最利于减少汽油机怠速时的燃料能量消耗量.在2缸停止燃烧、做功且进气混氢体积分数为6.63%的条件下,发动机怠速能量消耗量较原机降低约40.07%.但由于加大混合气过量空气系数后缸内燃料燃烧持续期延长,因此在怠速阶段采用稀燃方式并不能明显降低混氢汽油机的怠速燃料能量消耗量。     

混氢汽油机的燃烧及排放特性试验

针对汽油机热效率低、排放高的问题,通过进气混氢降低汽油机的能耗和排放.在一台4缸汽油机上安装一套电控多点顺序气道氢气喷射系统,可实现汽油和氢气在进气道的现场混合.在发动机转速为1 500 r/min及理论当量比条件下,选择混氢体积分数为1%、1.5%、2%、3%的4种不同进气,对混氢汽油机的燃烧与排放特性进行了试验研究.试验结果表明:在混氢体积分数为3%的工况下,与原机相比,发动机制动热效率平均提高了3.23%,缸压峰值的循环变动平均减少了3.18%.随着进气中氢气体积分数的增加,发动机着火滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧峰值压力增加,CO_2与HC排放明显降低,但NO_x与CO排放有所增加.混氢对改善发动机性能效果显著.     

缸内直喷汽油机的HC排放特性分析及未来排放法规对其的挑战性

在介绍缸内直接喷射汽油机基本燃烧机理及各工况运行特点的基础上 ,重点分析了缸内直喷汽油机的HC排放机理 ,同时基于对比试验 ,分析比较了在FTP 75测试循环下缸内直喷汽油机与进气道喷射汽油机的HC排放特性 .分析表明 ,为了满足未来严格的排放法规的要求 ,缸内直喷汽油机仍面临着巨大的挑战 .此外还分析了造成缸内直喷汽油机HC排放高的原因 ,并提出了控制措施 .     

进气道喷氢对氢内燃机进气压力波动的影响规律

将一台排量为2.0 L的气道喷射汽油机改装为气道喷射的氢内燃机,通过台架试验研究喷氢时刻对于进气系统压力波动的影响机制,提出利用优化氢气喷射提高氢内燃机空气流量的方法。试验结果表明:氢气喷射会提高歧管压力并增强压力波动;歧管内压力不仅受本缸喷氢影响,还会受其他缸喷氢激励;低速时在下止点至进气门关闭的区间或与之相隔180℃A的区间喷射会有较大的空气流量,高速时仅在下止点至进气门关闭区间可以得到最大空气流量;利用氢气喷射可以获得4.4%(低速)至7.3%(高速)的空气流量提升。       

火花点火发动机运行参数对其循环变动的影响——建模和仿真

基于循环间变动的排气温度建立了一个发动机循环变动模型. 在这个模型中,第n个循环的排气温度作为模型的输入,通过定压进气过程、绝热压缩过程、定容燃烧过程、绝热膨胀过程、定容放热过程和定压排气过程来近似汽缸内的热力学过程,最后得出第n+1个循环的排气温度. 由于把发动机运行参数,如转速、点火角、计量比、进气压力和进气温度等加入该模型,可定量地估计这些参数对发动机循环变动的影响. 因为循环间排气温度的波动反映了循环变动程度,对排气温度影响最敏感的参数最可能被用于循环变动控制. 模型仿真结果表明,对于接近化学计量比的混合气,循环变动不明显,对于稀薄混合气,在部分负荷和较大点火角的情况下,循环变动以混沌或分岔的形式出现.     

两阶段喷油在催化转化器性能考评台架中的应用

催化转化器性能考评台架可以快速、有效的评价催化器的性能，具有较高的应用价值.在对催化转化器性能考评过程中，汽油机燃烧循环变动带来的转速波动，降低了空燃比控制的精度，从而影响了考评结果的可信性.为了降低燃烧循环变动，采用两阶段喷油的方式，将每循环所需的燃油一次喷射在进气冲程之前，形成缸内均质混合气；另一次喷射在进气冲程，用于提高点火瞬间火花塞附近混合气质量分数.通过对比不同喷油时刻和喷油比例时发动机的转速波动，分析了两阶段喷油参数对燃烧循环变动的影响.采用两阶段喷油进行了催化转化器空燃比特性试验，试验结果表明，通过优化喷油参数可以降低转速波动，提高空燃比控制精度.     

废气再循环对直喷汽油机燃烧及排放影响的仿真

应用计算流体力学(CFD)软件对一台带有废气再循环(Exhaust gas recirculation,EGR)系统的均质缸内直喷(Gasoline direct-injection,GDI)汽油机进气冲程至作功冲程排气门开启时段进行了三维仿真,研究了不同EGR率和过量空气系数λ对缸内状态及排放特性的影响,探讨了温度场、火焰面密度、NO浓度场、CO浓度场、微粒浓度场等参数的变化趋势。结果表明:EGR率为10%时,能在对燃烧过程影响不大的情况下有效降低排放质量;同时,在缸压稍有下降的情况下,λ=1.1时能有效降低排放质量;λ=1.0时能保持较高的缸压和中等的排放水平。     

乙醇燃料均质压燃的燃烧循环变动

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了乙醇燃料均质压燃燃烧循环变动的研究。结果表明:随着过量空气系数增大,最大燃烧压力、平均指示压力、燃烧持续期的循环变动均增大,燃烧始点的标准偏差减小。随着进气温度的升高,最大燃烧压力升高,而平均指示压力先升高后下降,两者的循环变动均减小,燃烧始点的循环变动增大,燃烧持续期缩短,循环变动减小。引入适量的EGR能显著地改善燃烧速率,降低最大压升率,但EGR过大会使混合气不能稳定、连续地着火燃烧。     

492QC发动机NO_x排放的缸间差异研究

从各缸排气道出口中心附近进行了排气样气采集,用化学发光分析仪对取样气体进行了分析,试验时改变了发动机的转速、点大提前角以及负荷大小．实验结果表明,由于缸间燃烧差异引起的NOx的排放差异不容忽视,NOx排放最大的气缸可达最小气缸的6倍之多．改进缸间排放差异对降低发动机整机的排放具有重要作用．     

添加剂对微型活塞式内燃机铂丝炽热点火燃烧特性影响的实验研究

针对微型活塞式内燃机采用铂丝炽热点火模式燃用甲醇、乙醇燃料时,失火率高、放热速率低、燃烧持续期长的问题,分别设计了添加硝基甲烷、双氧水添加剂的测试试验。硝基甲烷使着火时刻提前、燃烧速率加快、循环变动降低,而双氧水却使燃烧速率减慢、失火率升高。为分析硝基甲烷对铂丝炽热点火燃烧的助燃机理,分别设计了甲醇和乙醇混合不同比例硝基甲烷的测试试验。结果表明:硝基甲烷可调节燃烧始点从而影响甲醇、乙醇铂丝炽热点火燃烧的平均有效压力及其循环变动特征;硝基甲烷的添加所产生的燃烧始点的提前及燃烧持续期的缩短是循环变动降低的重要原因,但硝基甲烷比例过高时,铂丝炽热点火模式的燃烧始点位置分散、循环变动增大、动力性能下降。     

Overall efficiency optimization of controllable mechanical turbo-compounding system for heavy duty diesel engines

A controllable mechanical turbo-compounding (CMTC) system including continuously variable transmission (CVT) and power turbine bypass valve is proposed to recover waste heat from engine exhaust. The combined matching principle considering swallowing capacity of both charging turbine and power turbine, main gear ratio is investigated at first based on the analysis of individual influence. Then the effects and strategies of CVT and power turbine bypass valve are studied for better performance under off-design conditions. At last, the transient response of intake pressure of engine with CMTC system is researched and the fuel saving potential is tested under driving cycle conditions. The results indicate that the overall fuel efficiency elevates at the off-design conditions if CVT is adopted due to the improvement of power turbine operating efficiency by speed modulation. The diversion of exhaust through power turbine bypass valve under the low load condition is necessary. The back pressure of the charging turbine infuences the transient response of intake pressure for a fixed CMTC configuration. A method featured by the assistance of power turbine bypass valve is tested to improve the transient response of the intake pressure. The fuel consumption reduces by 2% and 3.4% under highway fuel economy test (HWFET) and Tianjin 503 (TJ503) driving cycles respectively.     

增压柴油机废气再循环（EGR）系统的优化设计

废气再循环技术（EGR）是解决柴油机NOx排放的有效措施之一．以增压柴油机为研究对象,对比分析了不同废气再循环方式的优劣;解决了部分工况下进排压逆差问题;通过建立带有EGR系统的柴油机模型和实验验证,优化满足要求的EGR系统．研究表明,采用带有合适的进、喉口比例尺寸的文丘里管解决了进排压逆差问题,不同工况下采用合适的EGR率保障了柴油机的工作性能,并有效降低了NOx的排放．     

Associated rules between microstructure characterization parameters and contact characteristic parameters of two cylinders

The contact strength calculation of two curved rough surfaces is a forefront issue of Hertz contact theory and method. Associated rules between rough surface characterization parameters(correlation length, and root mean square deviation) and contact characteristic parameters(contact area, maximum contact pressure, contact number, and contact width) of two rough cylinders are mainly studied. The contact model of rough cylinders is deduced based on GW model. As there is no analytical solution for the pressure distribution equation, an approximate iterative solution method for the pressure distribution is adopted. Furthermore, the quantitative relationships among the correlation length, the root mean square deviation, the asperity radius of curvature and the asperity density are also obtained based on a numerical simulation method. The maximum contact pressure and the contact number decrease with the increase of correlation length, while the contact width and the contact area are on the contrary. The contact width increases with the increase of root mean square deviation while the maximum contact pressure, the contact area and the contact number decrease.     

F912Q柴油机喷油、燃烧、排放的多维仿真研究

利用KIVA-3V程序对F912Q风冷、直喷柴油机进行了仿真研究.仿真计算采用三维网络结构,计算区域包括进气道、进气阀、气缸、排气阀、排气道.仿真计算得到的缸内压力-时间曲线和排气污染物各成份分别与试验数据进行了对比,结果表明仿真计算可以较好地再现实际的发动机工作过程.在此基础上,利用KIVA-3V程序研究了涡流强度以及喷雾锥角对燃油喷射、蒸发和油气混合过程的影响.仿真结果表明:通过适当加大涡流比可以显著促进燃油蒸发和油气混合过程;喷雾锥角对发动机蒸发和燃烧过程有显著的影响,存在一个最佳的喷雾锥角使上述过程达到最优.     

车用492M甲醇发动机的试验研究

为了开发汽车代用燃料,在车用492QA汽油机的基础上,开发出车用492M甲醇发动机.采用进气预热来保证燃料的雾化效果和混合气的形成质量、缩短暖机时间;采用M90甲醇燃料和PTC加热器来改善甲醇发动机冷起动性能;采用提高压缩比、选配火花塞、调整点火提前角等多项措施来确保甲醇发动机的动力性、燃料经济性、排放性和工作可靠性,注意严格限制发动机缸内最大爆发压力.492QA汽油机和492M甲醇发动机台架性能试验结果表明:采用上述技术措施,可有效地改善车用492M甲醇发动机的起动性、动力性和热效率,最夫功率增加2.4%,最大转矩增加6.2%,摄高热效率增加20.7%,最高排气温度下降9.4%,从而证明车用492M甲醇发动机的开发是成功的.     

用快速压缩机研究异辛烷燃料均质压燃的燃烧特性

利用快速压缩机研究了混合气浓度和进气温度对异辛烷均质压燃燃烧特性的影响。试验表明:随着进气温度的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,最高燃烧温度升高,最大燃烧放热率增加,最大压力升高率增大,最大压力升高率出现时刻提前;随着可燃混合气过量空气系数的增加,燃烧始点延迟,着火温度升高,燃料的最高燃烧温度降低,最大放热率降低,最大压力升高率降低,最大压力升高率出现时刻延迟,燃烧持续期增加。