压力自适应活塞在船用发动机上的试验与仿真研究

为兼顾发动机低负荷热效率和高负荷爆震倾向,研制了一种适用于高压缩比的压力自适应活塞。采用试验研究方法在发动机台架上测试了压力自适应活塞对发动机性能的影响,在此基础上采用数值模拟的方法建立了发动机工作过程数值计算模型和爆震模型,研究了活塞头部位移和活塞对缸内压力、燃烧循环波动、燃油消耗率的影响及活塞的爆震抑制性能。台架试验和仿真研究结果表明：通过提高压缩比,在负荷较低时,活塞头部无位移或位移较小,缸内压力相较原机有所提升,燃油消耗率相较原机有所降低,如25%负荷工况下的燃油消耗率相较原机降低了6.67 g/（kW·h）;在负荷较高时,活塞头部位移较大,降低了过高的缸内压力和压力升高率,爆震得到有效抑制,峰值压力循环波动系数的最大降幅为1.11%,100%负荷工况下的爆震诱导时间积分相较原机降低了0.19。     

简化自燃模型在发动机爆震预测中的应用

提出一种用于汽油机爆震预测的简化自燃模型,该模型由１３ 种成分、２０ 个反应组成。首先在快速压缩机上对模型进行验证,考察模型对反应参数的敏感性,然后将其并入准维湍流燃烧模型中进行爆震预测,预测通过改变发动机的压缩比实现。在提高实际压缩比以后预测到爆震的发生。计算还表明爆震不仅与压缩机比还与燃烧室结构有关。     

燃烧系统结构对中载汽油机爆震边界内燃烧的影响

针对中载汽油机,设计开发了4种进气道和燃烧室的匹配方案,通过数值模拟的方法研究了不同燃烧系统结构对缸内宏观流场、湍流场及爆震边界内燃烧的影响。结果表明:进气道和燃烧室结构对缸内宏观流场及湍流场演化有显著影响。初期火焰传播速度主要由火花塞周围气流的平均速度决定,而主燃烧阶段的燃烧速度与该区域的湍动能大小成正比。双切向进气道匹配中置倒楔形燃烧室能够同时提高湍流强度及气流速度,从而有效缩短滞燃期及燃烧持续期,但其爆震倾向严重。采用复合进气道匹配中置倒楔形燃烧室的方案可显著抑制爆震,提前点火时刻,燃烧速度较快,可明显降低燃烧损失,提升中载汽油机的性能。     

简化自然模型在发动机爆震预测中的应用

提出一种用于汽油机爆震预测听简化自燃模型,该模型由１３种嘏分、２０个反应组成。首先在快速压缩机上对模型进行验证,考察模型对反应参数的敏感性,然后将其并入准维湍流燃烧模型中者震预测,预测通过发迹发动机在压缩比实现,在提高实际压缩比以以爆遥发生。计算还表明爆震不仅与压缩机比还与燃烧室结构有关。     

旋转流线涡技术对驻涡燃烧室性能的影响

基于凹腔驻涡燃烧室的基本结构,提出了一种新的燃烧流场组织技术———旋转流线涡技术,并通过数值模拟,对比分析了不同进气条件下该技术与传统驻涡燃烧技术对燃烧室涡及燃烧性能的影响。结果表明:与传统驻涡燃烧室相比,旋转流线涡技术燃烧室有更好的流场形式,其在凹腔内形成的涡更靠近凹腔顶端、范围更大,更不易脱落,空气与燃料的掺混更加充分。旋转流线涡燃烧室的燃烧效率高于传统驻涡燃烧室,且火焰长度更短,但总压损失比传统驻涡燃烧室大2%左右,损失了一定的经济效益。     

气道和燃烧室形状对汽油机缸内流场影响的计算研究

为探究气道及燃烧室形状对汽油机缸内流场的影响,以某1.4L多点进气道喷射(MPI)汽油机为研究对象,利用AVL-FIRE软件对原机进气道形状进行稳态数值模拟计算,并对原汽油机在2 800r/min最低比油耗工况点进气及燃烧过程进行瞬态数值模拟计算。基于计算结果对进气道及燃烧室形状进行优化设计,提出4种计算方案,对优化前后各计算方案的缸内速度场、湍动能场、火焰前锋面密度和瞬时放热率进行对比分析。结果显示:改进气道的滚流比明显高于原机气道;结合改进气道,进气侧凸起活塞能够更好地维持滚流;在点火时刻,改进气道结合进气侧凸起活塞这一计算方案的缸内湍流分布及湍动能优于改进气道结合大曲率凹坑活塞、原机气道结合原机活塞(压缩比12)与原机计算方案,点火后火焰传播速度最大,燃烧速度最快。优化进气道及燃烧室形状能够加强缸内气流运动,提高点火时刻缸内湍流强度,加速火焰传播,改善燃烧过程。     

一种可变压缩比机构对汽油机性能的影响

基于一种使用连杆轴颈偏心套来实现可变压缩比的机构,对发动机活塞运动规律进行了分析。以一台有实测数据的1.6L自然吸气汽油机为基准,利用GT-Power平台建模校准并进行仿真,研究该机构对汽油机部分负荷性能的影响。计算结果表明:该机构能使发动机工作循环的四个冲程长度不相等,造成膨胀比大于压缩比,在控制负荷的前提下因气体膨胀加快,中低负荷区域泵气损失得到改善;压缩比超过16时,爆震倾向迅速增大,限定不超过原机外特性爆震水平并保持汽油机动力性不变时,可变压缩比技术能够给部分负荷性能带来5%~10%的比油耗改善。     

“用旋流式燃烧室提高165F型汽油机经济性的研究”技术成果鉴定报导

由上海内燃机研究所和上海汽油机厂共同进行的“用旋流式燃烧室提高165F 型汽油机经济性的研究”,于1979年12月22日在上海通过了技术成果鉴定.出席会议的有上海市科委,上海机械工程学会内燃机学组等26个单位48位代表.会议认为:“用旋流式燃烧室提高165F 汽油机的经济性”是提高汽油机经济性的一项新成就.它利用双旋流燃烧室,由活塞上行时产生的挤气形成两股有组织的较强的旋流,使火焰传播速度增高;由火花塞处产生的两道火迹使火焰传播距离缩短.这些都有力地抑制了爆震,因而在使用抗爆性相同的燃料时,可使用较高的压缩比(由原来的ε=6提高到ε=7.5).从而使经济性得     

燃烧室形状对天然气发动机燃烧过程影响的研究

在对天然气发动机燃烧室进行优化的过程中,在一定压缩比下,开发设计了3种不同形状的燃烧室.应用CFD对不同形状燃烧室的缸内气体流动及燃烧过程进行了数值模拟,并在台架上进行了试验验证.模拟得出了缸内气体湍动能分布、温度场分布及燃烧持续期.针对不同形状燃烧室的缸内气体湍动能与温度场进行了详细分析后得出:增大挤气面积,则挤流强度增大,提高了缸内气体的流动速率,有利于提高火焰传播速度,改善天然气燃烧速度慢的特点;但挤气面积过大时,缸内燃烧速度过快,温度峰值增大,使NOx排放增加.最终将模拟结果与试验结果进行对比,综合考虑动力性经济性与排放性能,选取了最优形状燃烧室.     

CNG发动机燃烧系统优化分析

为解决代用燃料与传统汽油机燃烧室匹配过程中出现的问题,详细分析燃烧系统优化的主要途径,并采用FIRE数值模拟软件,对目标模型的燃烧室进行模拟分析与改进。模拟结果用以对比两种不同燃烧室燃烧中,湍动能、火焰传播与形成过程的差异,结果表明改进后燃烧系统的燃烧性能得到明显改善。最后,通过台架试验实测数据与数值模拟结果进行正确性比对,全面验证整机动力性、经济性的改善,达到燃烧系统优化的目的。     

通过快速压缩膨胀装置来研究火花点火液化石油气发动机以提高其性能

为了模拟研究桑塔纳 JV4 81Q汽油机改装成汽油 / L PG两用燃料发动机后的燃烧 ,在快速压缩膨胀装置上采取改变点火时刻、混合气浓度、压缩比以及燃烧室形状等措施研究 L PG燃烧特性 ,然后将研究得出的改进措施应用在该两用燃料发动机的改装上。台架试验结果表明 ,采取上述措施后 ,发动机的输出功率得到了提高 ,排放性能得到了改善。     

高速汽油机的新型燃烧室(Ⅱ)

为解决小型高速汽油机低速时紊流强度低、燃烧过程不充分的难题，开发了一种新型燃烧室，该燃烧室已获得专利，它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起，可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流，将它应用在高速汽油机中，可明显提高低速时混合气的燃烧速率和火焰传播速率，从而全面改善内燃机的低速性能．实验研究表明，在压缩比和空燃比及点火提前角相同的条件下使用该燃烧室，与原机相比，尽管发动机的最大输出功率和转矩稍有下降，但最大转矩时的转速明显降低；转矩和燃油消耗率随转速降低明显改善，低速转矩最大提高率为8．4％，低速时燃油消耗的最大降低率为9．8％。     

活塞运动规律对点燃式HFPE燃烧过程影响的仿真研究

使用仿真软件Converge,建立了点燃式液压自由活塞发动机(HFPE)的三维仿真模型。为了解决HFPE的爆震问题,提升其热效率,研究了不同活塞运动规律对HFPE的燃烧过程、爆震倾向与热功转换效率的影响。结果表明:火花点燃式HFPE的爆震燃烧发生在活塞边缘的末端混合气区域,是由若干个爆震核快速扩展而成,与曲柄连杆式火花点燃发动机爆震的发生地点和机理相同;通过改变活塞的运动规律,使活塞上行速度加快,在上止点附近停留时间变短,可以明显减小发动机的爆震倾向与爆震强度。利用优化的活塞运动规律,加上高达14的高压缩比,可以在一定程度上提升发动机的热功指示效率。     

Numerical study of heat transfer of hydrogen combustion in noble gases atmosphere in compression ignition engine

The high energy content of hydrogen and zero carbon emission from hydrogen combustion is very important for compression ignition engine development. Hydrogen requires a very high auto-ignition temperature, which encourages replacing nitrogen with noble gases with higher specific heat ratio during compression process. In noble gases-hydrogen combustion, higher combustion temperature potentially leading to a higher heat loss. This paper aims to investigate the effect of hydrogen combustion in various noble gases on heat distribution and heat transfer on the cylinder wall. Converge CFD software was used to simulate a Yanmar NF19SK direct injection compression ignition engine. The local heat flux was measured at different locations of cylinder wall and piston head. The heat transfer of hydrogen combustion in various noble gases at different intake temperatures was studied using the numerical approach. As a result, hydrogen combustion in light noble gases such as helium produces faster combustion progress and higher heat temperature. The hydrogen combustion that experienced detonation, which happened in neon at 340 K and argon at 380 K, recorded a very high local heat flux at the cylinder head and piston due to the rapid combustion, which should be avoided in the engine operation. At a higher intake temperature, the rate of heat transfer on the cylinder wall is increased. In conclusion, helium was found as the best working gas for controlling combustion and heat transfer. Overall, the heat transfer data gained in this paper can be used to construct the future engine hydrogen in noble gases.     

用于高速汽油机的一种新型燃烧室（I）

开发了一种新型燃烧室，解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题．它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起，可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流．将它应用在高速汽油机中，可提高混合气的燃烧速率和火焰传播速率，从而全面改善内燃机的性能．实验研究表明，在空燃比和压缩比优化条件下使用该燃烧室，与原机相比发动机的输出功率和转矩分别提高了3．8％和1％，燃油消耗率节省19．3％，HC排放降低50％以上．     

用于高速汽油机的一种新型燃烧室(Ⅰ)

开发了一种新型燃烧室,解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题.它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流.将它应用在高速汽油机中,可提高混合气的燃烧速率和火焰传播速率,从而全面改善内燃机的性能.实验研究表明,在空燃比和压缩比优化条件下使用该燃烧室,与原机相比发动机的输出功率和转矩分别提高了3.8% 和 1%,燃油消耗率节省19.3%,HC排放降低50%以上.     

液压自由活塞发动机活塞运动规律自适应特性的研究

在一台液压自由活塞发动机(HFPE)样机上进行了活塞运动规率的试验。研究表明:活塞的运动规律对于燃烧相位和累积放热量的变动具有自适应性;随着燃烧相位的提前或累积放热量的增大,活塞换向提前,最大升程和压缩比降低;这种自适应性可有效避免均质压燃过程中的爆震与后燃现象,保证缸内最高压力、最大放热速率的稳定,减少指示功的损失。     

高压缩比活塞顶形状对湍流动能和缸内气流的影响

基于一台排量1.0L的小型涡轮增压直喷汽油机,研究了压缩比、活塞形状和结构尺寸对缸内气流和湍流动能的影响。结果显示,随着压缩比的提高,缸内滚流在压缩过程中减弱,压缩末期的湍流动能减小,压缩比16.0的活塞在压缩末期的湍流动能大约为压缩比9.6活塞的27%。而对于活塞形状来说,较大尺寸的球面凹坑形状有利于压缩末期湍流动能的保持,而不规则的活塞会使得压缩末期的湍流动能下降41%。凹坑的尺寸存在一个最佳值,凹坑深度过浅或过深都会降低缸内湍流动能。选择压缩比为12.0且湍流动能最高的活塞加工并试验,基于4种不同形状的活塞和最佳油耗的工况分析燃烧特性,结果显示随着工况的改变,缸内湍流动能的峰值和相位会改变,但结构对湍流动能影响的优劣基本不变。火焰扩散方向为缸内湍流动能较大的位置,缸内平均湍流动能越大,火焰传播越快,燃烧特性越好。     

二冲程低压双燃料发动机配气正时对燃气-空气混合效果的影响

为了探究燃气喷射参数对船用低压双燃料主机燃气-空气混合效果的影响,改变主机燃气配气正时,通过数值计算的方法对比不同燃气喷射时刻下的缸内混合气发展趋势,同时结合台架试验数据进行分析.分析结果表明:燃气喷射正时推迟,活塞头附近燃气含量增大,气缸盖和排气阀附近燃气含量降低,燃气上部会形成一层"气垫",阻止燃气与高温零部件接触而发生早燃;同时,随着喷射正时推迟,甲烷在压缩冲程的物理扩散逃逸问题得到缓解,但活塞头附近燃气集聚,导致活塞头热负荷增加.