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。     

直喷汽油机二次喷射改善冷起动性能的研究

通过一台直列4缸汽油机分析了喷油模式对直喷汽油(GDI)发动机冷起动过程及冷态怠速过程的影响.结果表明:通过调整喷油策略可以改变缸内混合气的燃烧过程,在二次喷油比例为0.6∶0.4、喷油定时分别为上止点前300°CA和140°CA、环境温度为-30℃条件下,发动机的燃烧特性最佳,HC排放最低.在车辆冷起动过程中,通过二次喷射可以有效缩短混合气的滞燃期和燃烧持续期,以达到缩短起动时间、提高起动性能的目的.在起动后的怠速阶段,采用二次喷射可以大幅提高发动机的燃烧稳定性,有效消除怠速不稳的问题.在闭环控制阶段,通过二次喷射合理组织缸内混合气分布,可以有效改善减稀混合气造成的车辆抖动问题.此外,缸内混合气燃烧过程的优化可以有效降低冷起动过程的HC和CO排放,但会造成NOx排放的小幅升高.     

缸内直喷汽油机直接起动的燃烧和排放特性

分析了不同起动位置下缸内直喷汽油机直接起动过程中起动缸的燃烧和排放性能,采用快速HC采集仪对起动缸缸内以及排气中的 HC 进行测量,研究起动缸缸内混合气浓度和排放性能,通过缸压和运动规律的研究确定优化后的喷射量和起动位置．研究结果表明,喷油量同缸内实际当量比呈线性关系,起动缸容积越小,喷射燃油的加浓比例越大．在保证着火可靠性不出现失火现象的前提下,增大燃油喷射量,使得起动缸内燃烧变差,HC 排放量增加;增大起动缸的容积,则起动性能及排放均有所改善,较为优化的起动缸位置为压缩上止点前70°～80°,CA.     

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。     

LPG单一燃料电控发动机冷起动控制的研究

根据LPG发动机冷起动的特点，设计了LPG发动机冷起动控制策略，在4缸直列单一LPG气态进气道多点顺序喷射发动机上进行了9℃、15℃和20℃的冷起动试验研究。试验结果表明：通过优化初始燃油喷射脉宽、起动喷射脉宽衰减梯度、初始节气门开度、节气门开度衰减梯度等控制参数，可以实现LPG发动机燃烧稳定、起动可靠，并尽可能缩短浓混合气供给时间；为保证可靠起动，LPG发动机和汽油发动机在起动阶段都需要浓混合气，但相对于汽油机，温度对LPG发动机能够成功起动的初始喷气脉宽的影响不是很明显，使用LPG燃料可以缩短起动阶段提供浓混合气的时间，起动过程中为产生相同的转矩，LPG发动机需要较大节气门开度。     

二次燃油喷射对摩托车汽油机性能影响的试验研究

利用发动机台架试验,对二次燃油喷射技术在摩托车汽油机上的应用进行了研究。结果表明:进气道喷射式摩托车汽油机存在附壁油膜以液体形式进入气缸的现象。发动机性能与附壁油膜挥发量有直接关系,节气门开度较小时,喷油时刻推迟将导致附壁油膜挥发时间变短,从而减少附壁油膜挥发量,使发动机的功率下降、排放恶化;节气门开度较大时,机体温度较高、进气流速较大,改变喷油时刻对发动机动力及排放性能基本无影响;膨胀冲程喷射燃油所占比例较大时,附壁油膜挥发量较大,发动机动力性能较好。     

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。     

汽油醇混合燃料发动机冷起动排放特性研究

随着国Ⅲ及以上排放法规的实施,对发动机冷起动过程排放的控制显得越来越重要.在一台3缸进气道喷射汽油机上开展了不同环境温度下醇类汽油混合燃料对冷机起动及其后怠速暖机过程排放特性的研究.研究中设计了一种新颖的排放采样系统,测量了冷起动和暖机过程的HC和CO排放.甲醇汽油与乙醇汽油混合燃料排放对比发现:甲醇汽油具有更加优良的冷起动排放性能.分别在环境温度为5℃、15℃和25℃时进行了甲醇汽油对冷机起动及怠速暖机过程排放特性影响的研究.研究表明:在相同的环境温度下,HC和CO排放随着试验燃油中甲醇添加比例的增加明显降低;甲醇汽油对发动机冷机起动及暖机阶段HC和CO排放的改善在温度较低时表现的更为明显,环境温度为5℃,发动机燃用M30时,HC排放可降低40%,CO可降低70%.     

喷油时刻对顶置气门式二冲程汽油机油气混合过程的影响

采用三维CFD数值仿真手段,对一台使用外开式喷油器的顶置气门式二冲程缸内直喷汽油机部分负荷工况下的扫气、压缩和混合气形成过程进行了研究,分析了不同喷油时刻对缸内燃油分布、燃油蒸发及撞壁的影响.研究表明,燃空当量比为1.0时,压缩冲程初、中期喷油,在缸内流场的作用下,压缩冲程末期火花塞附近难以形成适宜点火的混合气;燃空当量比为0.8时,压缩冲程后期喷油,在喷雾场和活塞运动的综合作用下,压缩冲程末期火花塞附近能够形成适宜点火的混合气.进一步的研究表明,在内部废气率为25%时,结合外开式喷油器良好的雾化性能,320,°CA及其之前喷油压缩冲程末期燃油蒸发率均能达到98%,.     

直喷汽油机热机起动首循环着火特性

为实现缸内直喷汽油机热机快速起动,可直接向处于压缩或膨胀冲程的气缸喷入燃油起动,但其首循环着火具有特殊性.在一台4G15缸内直喷汽油机上,研究了活塞初始位置、冷却液温度和喷油参数对首循环着火的影响.结果表明：当冷却液温度为100,℃、活塞初始位置距离压缩上止点小于90°C A时,在混合气偏浓和偏稀处出现失火区;随着活塞...     

汽油机起动工况附壁油膜挥发过程的计算分析

建立了附壁油膜计算模型,研究了进气道喷射摩托车汽油机燃油落点位置、燃油喷射距离及燃油喷射量等参数对起动工况循环内附壁油膜挥发量的影响.分布在进气阀背面上部与进气道交界处附壁油膜挥发速度较大,如果喷射距离过长,部分燃油会分布到温度较低的进气道壁面.导致附壁油膜挥发速度降低.燃油循环喷射量存在一限值:喷射量低于该限值时,循环内附壁油膜挥发量随喷射量的增加而增加;高于该限值时,附壁油膜挥发量随喷射量的增加而减少.     

喷油对发动机混合气分配及性能影响的研究

本文研究了电控单点汽油喷射发动机喷油间隔和喷油定时对发动机各缸混合气分配及其性能的影响，试验结果表明：喷油间隔和喷油定时对混合气分配及发动机性能有很大的影响，适当的喷油间隔可以减小喷油定时的影响；研究过程中发现，进气压力（反映负荷状况）对混合气分配也有明显的影响。     

喷油对发动机混合气分配及性能影响的研究

本文研究了电控单点汽油喷射发动机喷油间隔和喷油定时对发动机各缸混合气分配及其性能的影响，试验结果表明：喷油间隔和喷油定时对混合气分配及发动机性能有很大的影响，适当的喷油间隔可以减小喷油定时的影响，研究过程中发现，进气压力（反映负荷状况）对混合气分配也有明显的影响。     

多喷油器分段喷射对大缸径低速柴油机燃烧及排放的影响

针对大缸径低速二冲程船用柴油机,废气再循环(EGR)技术满足TierⅢ排放时造成的油耗恶化问题,采用三维数值模拟手段,研究了EGR氛围下多次喷射与燃油喷射角度对发动机油气混合、燃烧及排放的影响。结果表明,采用30%EGR率可满足TierⅢ排放标准;喷油角度直接决定缸内混合气形成过程,喷油角度过小会导致气缸中心油束重叠形成浓混合气区,缸内空气无法充分利用;喷油角过大会导致喷雾油束和火焰撞壁,缸壁散热损失增加;而适中的喷油角度(20°)有利于提升功率,降低油耗。在EGR氛围下通过协同优化多次喷射与喷油角度,采用30%EGR率结合10.0%预喷量,主预喷间隔为15°,喷油角20°,可使NO_x排放降低65.5%,油耗仅增加1.24%;采用三次喷射可进一步改善油耗与NO_x排放之间的折衷关系,但优化潜力有限。     

汽油喷射稀薄混合气的燃烧

本文研究了汽油喷射发动机稀薄混合气燃烧具有重要意义的空燃比、涡流强度、点火时刻、排气再循环和喷油定时等参数对油耗率和循环波动率的影响，并与化油器供油的发动机作对比分析。结果表明，汽油喷射可燃用更稀薄的混合气，指出在影响汽油喷射燃烧的三个主要因素中，以涡流的影响最大，空燃比次之，喷油定时在上止点前５０°ＣＡ到后１０°ＣＡ之间时对燃烧的影响相对较小。     

汽油机冷起动附壁油膜研究

利用高速摄影和激光荧光法研究了汽油油束碰撞平板后壁面上油膜的发展过程.分析了喷射高度、喷射角度及喷油脉宽对油膜面积及油膜最大厚度的影响,定量地得到了不同参数下的最大油膜厚度和油膜面积.试验结果表明,喷射高度增大时,最大油膜厚度和油膜面积都减小,附壁燃油量减少;喷射角度减小时,最大油膜厚度减小,而油膜面积却增大,有利于燃油挥发;喷油脉宽增大时,最大油膜厚度和油膜面积都增大,附壁燃油量也增加.利用无量纲时间,对油膜面积的变化速度研究发现,无量纲时间在1.5之后,油膜面积基本不再变化.     

电控组合泵燃油温度动态特性研究

采用油泵试验和数值模拟相结合的方法对电控组合泵燃油温度动态特性进行了研究.高压燃油喷射温度动态特性研究结果表明:喷射油温是油箱温度和喷油脉宽共同作用的结果,相同凸轮转速时,随着喷油脉宽增加喷射油温升高,在油箱温度为50℃条件下,最高喷射油温达到118℃;在4～6°CaA喷油脉宽下,增加单位喷油脉宽引起的喷射油温梯度为0～4℃/°CaA;在6～10°CaA下,为4～5℃/°CaA.低压燃油供油温度动态特性研究结果表明:低压系统的燃油温度升高源于高压系统喷油结束后向低压系统泄油的高温燃油热量,随着转速和喷油脉宽的增加,低压燃油温度升高;低压系统出入口燃油温差MAP在-0.7～3.4℃.高低压系统的燃油温度满足时序关系的瞬态耦合过程.     

火花点燃式甲醇汽油发动机冷起动过程燃烧特性研究

随着欧Ⅲ及以上排放法规的实施,对发动机冷起动过程排放的控制显得越来越重要。在一台3缸进气道喷射汽油机上开展了甲醇-汽油对冷机起动及其后怠速暖机过程燃烧和排放特性影响的研究。缸内压力数据分析表明在汽油中加入甲醇,可以明显改善冷起动过程缸内燃烧。随着添加比例的增加,发动机起动后的50个循环火焰发展角和快速燃烧角都明显缩短,平均指示压力升高。研究中设计了一种新颖的准瞬态排放采样系统,测量了冷起动和暖机过程的HC和CO排放。环境温度5℃下测量结果表明,HC和CO排放随着甲醇添加比例增加明显降低,发动机燃用M30时,HC降低了40％,CO降低了70％,排气温度在起动200s时也比原汽油机升高了140℃。     

缸内直喷二冲程汽油机均质燃烧过程的数值模拟

缸内直喷二冲程发动机实现均质燃烧的主要问题是在过早喷油时会导致燃油逃逸的现象发生,因此本文采用旋流喷油器,配合高转速,利用AVL-FIRE软件模拟形成近化学计量比的混合气实现均质燃烧。模拟了均质燃烧过程中混合气形成及不同点火时刻燃烧放热率、缸温缸压等随曲轴的变化,结果表明:高转速大负荷下,在ABDC15°CA喷射,BTDC15°CA点火,可以实现均质燃烧模式,从而达到提高发动机热效率和降低排放的目的。     

气道喷射汽油机缸内燃烧过程的可视化研究

利用光学单缸机和高速摄像系统,研究了喷油正时对气道喷射汽油机暖机工况缸内燃烧过程的影响,并从不同喷油正时对缸内混合气形成影响过程出发,解释了出现的缸内燃烧现象。研究结果表明,气道喷射汽油机在暖机工况缸内燃烧过程会出现较多的扩散燃烧现象;不同喷油正时对应的雾化和燃油进入缸内的机理不同,所形成的混合气质量也有较大差异,导致出现不同的燃烧现象;在排气行程晚期、进气行程早期和压缩行程中期进行燃油喷射,缸内混合气燃烧过程中出现扩散燃烧现象较少。