GDI发动机冷怠速工况缸内混合气形成模拟研究

采用三维CFD仿真建立了缸内直喷发动机冷怠速工况缸内混合气形成过程仿真模型,并与光学发动机台架测量结果进行了对比,验证了仿真模型的准确性。基于仿真模型研究了冷怠速工况两次喷油正时与喷射比率对缸内混合气形成、燃油碰壁的影响。研究结果表明:进气行程喷油过早会导致活塞顶油膜增加,过晚喷射则会导致缸套壁面油膜增加,进气行程喷油正时对缸内混合气分布有一定的影响,但压缩上止点附近火花塞附近浓区形成与保持主要由压缩行程喷射来实现;压缩行程喷油过早,在点火时刻缸内会形成相对均质的混合气分布,过迟则会导致活塞顶油膜量急剧增加;两次燃油喷射量比率对火花塞附近浓区的形成影响相对较小,但压缩行程喷射量过多会导致活塞顶油膜量明显增加。     

直喷汽油机缸内过程的可视化研究

基于光学单缸机和高速摄像系统,研究了点火定时和喷油定时等参数对直喷汽油机缸内过程的影响,并采用原始图像、平均图像和伪彩图相结合的方式分析了不同控制参数下缸内过程的特征。研究结果表明:不同点火定时下的火焰发展过程及形态相似,但火焰的位置不同,点火越早,越偏向排气侧;喷油定时直接影响缸内扩散燃烧现象的发生,燃油喷射过早,容易在活塞顶部形成油膜或油池,进而产生强烈的扩散燃烧。     

喷油策略对直喷发动机燃烧影响的可视化研究

在一台中置多孔喷油器的光学单缸发动机上,通过高压直喷供油系统和时序控制单元控制喷油压力、喷油时刻(SOI)来研究燃油喷射控制策略对缸内喷雾发展形态和燃烧特性的影响,研究结果表明,SOI影响缸内混合气的形成,合适的SOI可以避免喷雾撞击缸套或活塞;SOI对燃烧特性有显著的影响,通过调整SOI,可以改善燃烧稳定性,减小燃烧过程中碳烟生成的明亮区域;缸内直喷发动机中,喷油压力直接影响喷雾的宏观形态,随着喷油压力的增加,有利于燃油的破碎和雾化,有利于缸内混合气的形成,进而保证稳定的预混合燃烧过程。     

柴油机起动倒拖缸内喷雾仿真分析

采用三维CFD数值模拟的方法,对试验发动机冷机起动倒拖时的缸内燃油喷射雾化过程进行了仿真计算分析。研究结果表明:在燃油喷雾过程中,由于燃油蒸发吸热,导致缸内温度明显下降,与不喷油时相比下降了32K;缸内喷雾过程出现大量的燃油附壁,附壁量占总喷油量的70%左右;喷雾过程结束时形成的混合气浓度场和温度场呈极不均匀的分层分布,浓度较高的区域温度较低,且分布于靠近活塞壁面的薄层,不利于焰前反应的进行。这些因素均对冷起动过程缸内混合气的着火燃烧产生关键性的影响。此外,研究结果还表明,喷油油束速度是冷起动条件下影响缸内油滴蒸发过程的重要因素。     

基于两段燃油喷射的LTC燃烧影响因素的试验研究

基于两段燃油喷射,利用主喷射产生均质混合气,并利用触发喷射来引燃,实现了低温燃烧(low temperature combustion,LTC)。针对两段燃油喷射LTC燃烧模式,研究了主喷射和触发喷射的喷油量比例及主喷射提前角对LTC燃烧的影响。试验结果表明:触发喷射可以有效地控制LTC的燃烧相位,并可以有效拓宽主喷射提前角范围。主喷射提前角对LTC燃烧有很大影响,喷射过早会导致过多的燃油附壁,且缸内的温度压力较低不利于混合气形成;喷射过迟会导致主喷射与触发喷射间隔太小,主喷燃油没有足够的时间形成均质混合气,排放增加。针对不同的喷油比例优化主喷提前角可以实现燃烧相位的有效控制,并能够降低排放。     

喷油策略和缸内流动对汽油机HCCI缸内燃油分布的影响

缸内燃油分层是改善HCCI燃烧控制的常用方法,为了解决燃油分层的控制问题,应用激光诱导荧光法研究了气道喷射和缸内直接喷射的缸内燃油分布,同时结合粒子图像测速技术分析了缸内流场对缸内燃油分布的影响.测量结果表明,气道喷射时缸内燃油分布较为均匀,难以形成燃油分层.而缸内直接喷射形成的燃油分层较为明显,且涡流流场测量结果表明,进气涡流对浓区位置分布有明显引导作用.同时采用缸内直喷时燃油的不均匀度的循环变动要比气道喷射的大,且随着缸内直喷喷油时刻的推迟,不均匀度的循环变动增大.     

五气门汽油机气道内二次燃油喷射技术的研究

在汽油机低压供油的前提下,提出了“气道内二次燃油喷射”的概念,用于优化缸内混合气的分布,消除传统单次喷油分层燃烧所存在的弊端。在发动机的一个工作循环内,第１次喷射的燃油在缸内形成均质稀混合气,第２次喷射的燃油将火花塞周围适当加浓。在自行设计的五气门汽油机上所进行的初步试验证明：与普通稀燃单次喷油方式相比,这种新喷油方式能够提高发动机稀燃能力２个空燃比单位,具有显降低燃油消耗的作用。     

稀燃汽油机混合气分层优化技术

采用“气道内二交燃油喷射”技术以实现汽油机稀混合气燃烧。将每循环所需燃油量分两部分喷射,一部分燃油为缸内提供均质稀混合气,另一部分燃油借助地气流动和适时喷射使混合气形成“局部分层”。在一台五气门汽油上实验证实,这种新喷油方式能够节油17%,比传统稀燃方式提高稀燃能力2个空燃比单位,并进一步降低HC和NOx排放浓度30%-50%,调节两部分喷油的分配比例,可自由控制火花塞周围混合气浓度及其它区域混合气的浓度。     

缸内直喷(GDI)汽油机燃油喷雾和分层燃烧的数值研究

应用修正的多维流体力学计算程序KIVA-3V对缸内直喷(GDI)汽油机燃油喷雾和混合气分层燃烧过程进行了数值模拟。修正的子模型包括改进的燃油薄膜雾化模型、油滴破碎模型、油滴分布模型、初始缸内气体滚流模型、油滴蒸发模型以及燃烧模型。针对一种典型的三菱缸内直喷汽油机燃烧室结构在部分负荷工况下的燃油喷雾和分层燃烧进行了数值模拟。分析了不同的喷油器位置，缸内逆向滚流强度以及喷油时刻对火花塞附近混合气浓度的影响。计算结果表明，这些参数对燃油分层模式，点火过程以及燃烧特性都有显著影响，不适合的参数将导致火花塞间隙附近燃油空气混合气过稀或过浓从而使燃烧恶化。对缸内直喷汽油机部分负荷工况而言，燃烧室构形、缸内气体流动组织以及喷油时刻的优化设计对实现成功的分层燃烧起着重要作用。     

喷射结构对大功率多点喷射燃气发动机混合过程及燃烧差异影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射结构对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。设计了四种不同结构型式的弯管,将燃气引导至进气门阀座附近,在发动机标定工况且保证其他条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了不同弯管对缸内混合气形成及燃烧循环差异的影响规律。研究结果表明:采用单管结构时,多数燃气从靠近弯管的进气门流入缸内,对缸内混合气的形成不利,导致燃烧循环差异较大;采用双管结构时,将燃气分别引导至两个进气门处,可以有效改进缸内混合气的形成质量,燃烧循环差异明显改善;当燃气沿弯管径向喷出时,相对于顺气流喷射方案,能取得更好的混合效果和燃烧性能。