汽油混氢内燃机稀燃性能的仿真研究

在进气混氢体积分数为0、1%、3%和6%的条件下进行了汽油混氢发动机在低速、低负荷以及稀燃时的内燃机台架试验.根据试验得到的不同工况下发动机的缸压、进气流量及平均有效压力等数据对基于AVL Boost软件所建立的汽油混氢内燃机仿真模型进行了标定.利用该模型对相同进气压力、不同混氢体积分数和不同过量空气系数的条件下汽油混氢内燃机的稀燃性能进行了仿真.结果表明,混氢对稀燃时发动机低速、低负荷工况的燃烧过程改善效果较为明显,随着混氢体积分数的增加,稀燃时发动机指示热效率和做功能力均有所提高.相同混氢体积分数下,随着过量空气系数的增大,缸压峰值降低,缸压峰值所对应曲轴转角位置推迟.稀燃时,混氢后发动机火焰发展期和传播期明显缩短,缸压峰值升高且缸压峰值所对应的曲轴转角也有所提前.     

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.     

喷氢时刻对进气道喷氢发动机混合气形成过程的影响

氢气以清洁燃烧的特点成为理想的发动机代用燃料.为研究不同喷氢时刻下氢发动机混合气形成的过程,应用AVL Fire软件建立进气道燃料喷射氢发动机的三维仿真模型.分析缸内外浓度场、速度场的变化规律,从抑制回火等抑制异常燃烧的角度,综合评价混合气的形成状况.并以混合气均匀性系数、有效喷氢率为指标优化了高速、大负荷工况下进气道喷射氢发动机的喷氢时刻.     

基于层次分析-熵值法的氢内燃机异常燃烧风险评估

为了综合评估进气道喷射（PFI）氢内燃机异常燃烧风险,基于层次分析法（AHP）构建了异常燃烧风险系数模型,分别探究喷氢参数对指标层（异常燃烧特征参数）及目标层（异常燃烧风险系数）的影响. 结果表明：通过改变喷氢参数,可以使进气道残余氢气量下降33.4%~41.6%,显著降低了回火的可能性. 当喷氢角度为30°~45°、喷氢流量为4.36~4.96 kg/h时,缸内混合气均匀性系数较大,有利于组织燃烧,却不能保证炽热区域温度等参数处于较低水准. 所构建的异常燃烧风险系数模型能够结合多个特征参数对氢内燃机异常燃烧（早燃及回火）风险进行有效评估. 当喷氢角度为45°、喷氢流量为4.96 kg/h时,各项特征参数均处于合理区间,异常燃烧风险系数下降了3.6%~6.8%,降低了异常燃烧的可能性.     

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。     

掺混标准氢氧气对汽油机性能的影响

针对汽油机部分负荷条件下热效率低和有害排放高的问题,笔者在一台加装了电控氢、氧气喷射系统的四缸汽油机上研究了掺混标准氢氧气对汽油机燃烧与排放特性的影响.标准氢氧气定义为氢气与氧气物质的量比为2∶1的氢氧气.试验时,通过调整氢气和氧气喷嘴的喷射脉宽,使标准氢氧气占进气的体积分数(α2H2/O2)由0分别增加至2％和4％,并减少汽油的喷射脉宽,使混合气的过量空气系数由1.00增加至1.50.结果表明:掺入标准氢氧气能改善汽油机经济性,发动机比燃料能量消耗率最低值由原机的12.63 MJ/kW·h分别降低至α2H2/O2为2％和4％时的12.27 MJ/kW·h和12.11 MJ/kW·h;此外,掺入标准氢氧气后,汽油机滞燃期及快速燃烧持续期缩短,最大压力升高率提高,HC及CO排放降低,但NOx排放明显增加.     

混氢汽油机排放特性的试验

在一台加装了电控氢气喷射系统的汽油机上,在发动机1 400 r/min的条件下,对混氢汽油机排放性能进行了试验研究.试验结果表明:适当增加过量空气系数有利于改善混氢汽油机的HC、CO与NOx排放;在理论过量空气系数附近,混氢后发动机CO排放有所升高,但稀燃条件下混氢有利于改善汽油机HC与CO排放;减小点火角后,混氢汽油机HC与NOx排放有所降低;随着进气压力的升高,HC与CO排放得到明显改善.     

氢内燃机怠速性能试验研究

为研究氢内燃机的怠速特性,在一台6缸氢内燃机上研究了过量空气系数λ与点火提前角θi对发动机主要性能参数的影响.结果表明:随着λ的增大,最大指示热效率ηi所对应的θi逐步增加,ηi随之增加,NOx排放随之减小;同一λ条件下,NOx排放随着θi增大而增加;氢内燃机怠速时可采用λ2.5的稀混合气,且应适当增大Qi;最大缸压随着λ增加而降低、随着θi增大而上升;不同λ值条件下最大压力升高率的规律基本相似,只是在λ=2.5、θi10°CA时,最大压力升高率基本保持不变。     

进气管内LPG喷雾的可视化试验和数值模拟

采用可视化试验和数值模拟的方法研究了在MPI喷射条件下液态LPG燃料喷射后在单阀进气管内的反射过程。得到了LPG喷雾在进气管内的反射图像序列。在此基础上,利用CFD软件建立了数值模型,得到了LPG喷雾在进气管内的粒子轨迹和压力分布。结果表明：对于采用较短进气歧管结构的改装LPG汽车发动机,喷射后的LPG被反射到进气歧管入口附近,并被处于进气冲程的相邻气缸吸入而引起发动机各缸间混合气分配不均匀是完全可能的,同时由于反射压力波的作用导致进气管内压力的波动,影响进气充气效率。     

内燃机进气压力的动态测量

本文叙述了一种可以对微弱的进气压力进行检测的测量系统。在该测量系统中,利用分辨率较高的压电式压力传感器将高频波动的进气压力转变为电荷信号,再经电荷放大器将其转换为电压信号。利用现代微计算机处理技术,实现进气压力信号的分离和检测。使用该测量系统在一台6缸车用柴油机上进行了实验,结果表明,这一测量系统可以用于高速内燃机进气系统内气体压力的测量。     

二甲醚对乙醇内燃机性能的影响

对乙醇掺二甲醚点燃式内燃机的性能进行研究.试验在加装了电控二甲醚喷射系统的内燃机上进行,从而保证乙醇与二甲醚能同时喷入进气道.在转速为1 800 r/min、进气道绝对压力为61.5 kPa、过量空气系数分别为1.0及1.1的条件下,通过逐渐增加二甲醚的喷射脉宽,使二甲醚占进气的体积分数从0加至3%.结果表明:随掺二甲醚体积分数的增加,内燃机指示热效率提高,循环变动降低,CO、HC排放降低,但NO_x略有升高.     

Thermal efficiency characteristics of hydrogen internal combustion engine

To study the economic advantages of hydrogen internal combustion engine,an experimental study was carried out using a 2.0Lport fuel-injected(PFI)hydrogen internal combustion engine.Influences of fuel-air equivalence ratioΦ,speed,and ignition advance angle on heat efficiency were determined.Test results showed that indicated thermal efficiency(ITE)firstly increased with fuel-air equivalence ratio,achieved the maximum value of 40.4%(Φ=0.3),and then decreased whenΦ was more than 0.3.ITE increased as speed rises.Mechanical efficiency increased as fuel-air equivalence ratio increased,whereas mechanical efficiency decreased as speed increased,with maximum mechanical efficiency reaching 90%.Brake thermal efficiency(BTE)was influenced by ITE and mechanical efficiency,at the maximum value of 35%(Φ=0.5,2 000r/min).The optimal ignition advance angle of each condition resulting in the maximum BTE was also studied.With increasing fuel-air equivalence ratio,the optimal ignition angle became closer to the top dead center(TDC).The test results and the conclusions exhibited a guiding role on hydrogen internal combustion engine optimization.     

柴油机螺旋进气道数字化设计参数分析

对柴油机螺旋进气道进行三维造型后,利用CFD三维流体软件进行模拟计算,并引入平均流量系数和平均涡流比2个无量纲物理量,验证计算模型与稳流试验结果的一致性。在模拟计算模型基础上,对进气道口中心距、气门室高度、气门锥角3个气道主要参数分别进行变参数计算。研究表明:3个气道主要参数都存在一个最佳值,可以使气道气体流动特性表现更好,同时也为具体的气道详细设计和进一步实验指明了趋势性方向,从而可缩短气道开发时间,节约开发费用。     

测量多缸内燃机单缸充气量的流速-压力波方法

论述了一种基于稳定紊流运动沿通过截面径向的速度分布规律,对多缸内燃机各缸进气歧管内进气充量和充气效率的计算方法。利用奥地利AVL657内燃机数据采集分析仪和美国TSI公司IFA100热线/热膜恒温流速仪等测试设备测量各缸进气歧管内气体速度波和压力波等参数,通过计算获得了各缸各工况下的进气充量和充气效率。将各缸充气效率的平均值与同时实测的整机充气效率的平均值进行了比较,充气效率值最大相差4%,验证了该方法的可行性。得到的实验内燃机充气效率不均匀度最大值为9.1%。用这种方法可以定量研究多缸内燃机各缸进气充量的不均匀性。     

进气道偏置对四气门柴油机进气门口三维流场的影响

研制了四气门柴油机单独进气道、单气道中置缸盖及气门口三维流速测量装置。在稳流气道试验台上 ,利用热线风速仪测量了不同气道布置方案下的进气门出口三维流场 ,揭示了进气道偏置对四气门柴油机进气门口三维流场影响的变化规律。气道的偏置使气门口切向速度大小发生了变化 ,速度分布变化很大 ,这种影响随升程的增加而增大。