高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

高压共轨喷射系统参数对柴油机性能影响的研究

针对高压共轨喷射系统在仿真软件中建立喷油器和发动机的耦合模型。在台架试验验证了模型可信性的前提下,对喷射系统进行变参数研究,并分析各个参数对喷油规律和发动机性能的影响。研究结果表明:液压控制容积的大小及控制容积进回油孔径的大小会影响喷油器开启和关闭过程中的喷油速率;电磁阀铁芯质量超过10g时针阀落座明显延后;弹簧预紧力由50N增加到100N时,喷油器的初期喷射速率降低了35%左右,喷射时刻也滞后约2～3°CA;磁场力由70N增加到130N时,初期放热速率增加2倍左右,喷射时刻也提前约2°CA;喷孔的孔数和孔径存在最佳匹配关系,匹配的效果直接影响到喷孔的流量系数,从而影响发动机的性能。     

适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联Boost变换器

设计了一种适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联boost变换器,采用多路交错并联结构有效降低了系统重载下的输出电压纹波,理论空载最大输出电压120 V,最大输出功率119.2 W,重载下电压纹波低于5 mV。分析了交错并联Boost变换器的并联路数和每路电感放电时间间隔等参数对输出电压纹波的影响,并提出利用单路Boost变换器输出参数估算多路电压纹波的方法,可为交错并联Boost变换器并联路数的确定提供依据。     

直喷天然气发动机稀薄燃烧特性的仿真试验

在缸内直喷压缩天然气(Compressed natural gas,CNG)试验样机进行火焰传播特性可视化研究的基础上,仿真计算分析了不同喷射方式和不同点火方式对缸内浓度场、温度场等微观物理场的影响,以及这种微观物理场对NO生成规律的影响。结果表明:缸内浓度场的分布特性直接影响火焰传播速度和温度场,是控制稀薄燃烧过程的关键,可通过喷射方式来控制;点火方式主要改变温度场由此影响NO的生成规律;浓度梯度越大,火焰传播速度越快,稀薄燃烧稳定性越好;通过双点点火方式可以有效控制火焰传播速度。     

混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明：改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

高压共轨缩口直喷柴油机轨压的优化匹配

利用高压共轨柴油机燃油喷射系统控制灵活的特点,对共轨压力与缩口燃烧室气流运动特性匹配时对发动机性能的影响进行了试验研究。借助三维数值仿真软件FIRE的仿真结果,以燃烧室内速度场、浓度场和温度场分布情况为对象从微观上对试验结果进行了分析,研究不同工况下燃烧室内气流特性与共轨压力的最佳匹配方案。结果表明:对缩口燃烧室内一定的气流特性,通过优化匹配共轨压力可以有效地控制混合气形成和燃烧过程,改善燃油经济性幅度可达22%,同时可降低NOx和烟度排放。     

2.4 L汽油机噪声及其频谱特性的影响因素分析

对结构相同但材质及工艺不同的A、B两台样机进行噪声水平对比分析的基础上,着重分析影响样机A噪声频谱特性的主要因素。结果表明：与着火频率相关的发动机基频振动和进排气侧表面的辐射噪声是主要噪声源;而混合气浓度以及点火时刻虽影响中高频范围的燃烧噪声,但对基频成分无影响。转速越高、负荷越大,基频峰值越高。因此,改善进排气系统的结构刚度、各缸均匀化的控制策略以及曲轴的减振是降低整机噪声水平的有效措施。     

缸内直喷CNG发动机喷射方式对火焰传播特性及性能的影响

火焰传播是点燃式发动机的主要燃烧方式,为了有效控制缸内直喷CNG发动机更稳定的稀薄燃烧过程,以实现高效率低排放,利用试验用单缸光学发动机,采用双喷射器缸内直喷CNG方式,在双火花塞点火的条件下,分析研究了不同喷射方式对火焰形成及传播特性以及发动机性能的影响.结果表明,双点点火时,缸内气流对首先形成的火焰具有"牵引"作用,而两个火焰由于形成时刻不同传播方式就有区别,且两个火焰之间具有"挤压或推动"作用,由此影响整体火焰传播速度;缸内火花塞附近混合气浓度越浓或不均匀性越大,循环波动越小,燃烧更稳定,但随混合气浓度分布不均匀性的增加,NOx排放也增加,表明基于混合气浓度不均匀性分布特性的燃烧过程中,NOx的生成机理不仅与高温富氧条件有关,而且还与浓度场分布特性有直接的关系.