增压直喷汽油机超级爆震研究进展

缸内直喷和增压已成为当今汽油机技术的主流方向,然而,随着发动机小型化和动力性的提高,增压汽油直喷发动机出现了一种新的异常燃烧现象——超级爆震,严重影响着发动机性能和使用寿命。本文根据国内外超级爆震的研究现状,阐述了超级爆震的产生机理和检测方法,从发动机及其零部件设计参数、运行参数、控制参数以及燃油和机油品质等方面,分析了影响超级爆震的因素,给出了缓解和抑制超级爆震的措施。     

增压直喷汽油机超级爆震的不同抑制方法

超级爆震是增压直喷汽油机提高升功率和降低油耗的主要障碍,在典型增压小排量直喷汽油机上对不同的超级爆震抑制方法进行了研究.结果表明,加浓、分层和扫气都能够抑制超级爆震,但采用混合气加浓会恶化发动机油耗,采用混合气分层发动机排温大幅升高,推迟排气门关闭时刻实现扫气也能抑制超级爆震,但油耗和CO排放升高.进一步的研究发现,采用优化的进气行程两次喷射策略能够有效地抑制超级爆震,并且能够保证发动机的油耗、排温以及排放不恶化.     

增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验

在增压缸内直喷汽油机上发现了与普通爆震不同的异常燃烧模式——超级爆震,阐述了超级爆震的特征,对比分析了超级爆震与常规爆震和正常燃烧的基本不同．发生超级爆震时,最大爆压达到正常燃烧的2倍以上,并且通过推迟点火角不能抑制超级爆震的发生．在此基础上,初步研究了冷却水温度、进气温度、进气相位和过量空气系数等对超级爆震的影响．试...     

汽油机爆燃控制系统

汽油机爆燃具有较大的危害，采用爆燃控制系统可以控制爆燃的发生，及改善发动机的经济性和动力性。本文介绍了已装车实用化的爆燃控制点火系统的组成、工作原理，并对爆燃传感器的特点进行了论述     

小排量增压汽油机国Ⅴ排放系统研究

全面阐述了三元催化器特性,指出了小排量增压汽油机的排放特点。综合成本及法规要求,明确了国Ⅴ的技术路线,比较了不同催化器涂层和贵金属设计对排放结果的影响。着重结合整车标定就如何提高催化器转化效率降低排放进行了多方面的试验研究,通过不同冷气动策略,催化器起燃,后氧窗口等标定参数更改,提高了排放水平。所研究的结果表明,在合理的三元催化转化器成本内通过发动机电子控制和标定可以满足国Ⅴ排放法规要求。     

增压直喷汽油机的低速早燃特性研究

对一台增压直喷汽油机进行低速早燃(low-speed pre-ignition,LSPI)试验研究,在转速为1 750r/min和转矩为320N·m这一典型的低速早燃工况下,早燃的着火时刻越早,爆震发生倾向越高,并且强度也越大。试验同时研究了发动机运行参数和机油物理化学性质对早燃的影响,研究结果表明随着中冷温度和冷却液温度的提高,早燃频次增加;高黏度的机油可以抑制超级爆震频次和发生倾向;机油添加剂中钙元素对超级爆震的发生起极大促进作用,磷元素起较大抑制作用,镁元素的抑制作用最小。     

二次燃油喷射对自吸直喷汽油机低速性能影响的试验研究

对一台自吸直喷汽油机采用不同的燃油喷射模式在2 000r/min全负荷工况进行试验,研究了二次喷射对发动机低速动力性和经济性的影响,并根据缸压参数、燃烧参数及排放物的变化规律对二次喷射影响发动机低速性能的机理进行了探讨。结果表明,相比单次喷射,通过优化二次喷射时刻可以使动力性提升5%,经济性提升约6%。二次喷射的优化机理主要是实现了燃烧室内油气浓度的不均匀分布,可提升燃烧速度,通过分层燃烧实现动力性和油耗的改善。     

摩托车汽油机的爆燃预测研究

结合燃烧模型，湍流火焰传播模型以及化学动力学模型，建立了摩托车四冲程汽油机双区准维燃烧模型。运用该模型模拟燃烧过程，并进行爆燃预测。用此模型CUB100摩托车汽油机进行了计算，预测了CUB100提高压缩比后爆燃的发生。     

增压缸内直喷汽油机早燃及超级爆震试验研究

在一台增压缸内直喷汽油机上,对影响早燃及超级爆震发生频率与强度的各种因素进行了台架试验研究。研究结果表明:提高燃油挥发性,升高机油和冷却液温度,推迟进、排气门正时,增大点火提前角,提前或推迟喷油定时及使用高的喷油压力能够有效减少早燃及超级爆震。     

车用电控汽油机爆燃检测试验与研究

采用加速度传感器测量SQR480车用电控汽油机机体振动情况来反映其爆燃情况.通过在线调整点火提前角,为产生或消除爆燃提供条件,获得相应的发动机机体振动信号.采用Welch功率谱估计法对机体振动信号进行频谱分析,可确定适用于爆燃检测的爆燃特征频率为7.9～8.3kHz.     

增压直喷汽油机超级爆震工况多次喷油策略优化

在1台增压直喷汽油机上试验研究了不同喷油策略对发动机排放、油耗和超级爆震的影响规律。结果表明,相比单次和二次喷射,采用合理的三次喷射策略:适当的后2次喷油占比(0.5)、进气行程进行第2次喷射(上止点前240°曲轴转角(CA))以及推后的第3次喷射结束角度(上止点前80°～90°CA),能有效降低粒子数量(PN)、总碳氢(THC)排放以及比油耗,并抑制超级爆震的发生。     

缸内直喷汽油机燃烧控制策略及实现

本介绍了基于两次燃油喷射的缸内直喷汽油机的开发,着重介绍其中的喷油电控系统。两次燃油喷射技术被用来控制混合气形成和燃烧,以降低燃烧系统设计的复杂程度。设计开发了控制两次喷油的时间及喷油量的电控系统,可以精确控制高压旋流喷嘴的喷雾。进行了改变喷油参数对发动机性能影响的试验,结果表明：第二次喷油时刻及一、二次喷油量分配比例对发动机性能影响较为显;在空燃比接近18时,发动机燃油经济性较好。     

汽油机爆燃的原因分析及对策

从一例汽油机试验故障的分析，引出爆燃的形成原因及危害，并提出防止爆燃发生的解决措施。     

增压直喷乙醇-汽油发动机超级爆震模拟

采用在压缩行程上止点前向燃烧室内直接喷入一定量机油液滴,模拟了悬浮在燃烧室内的机油液滴引燃可燃混合气诱发低速早燃(LSPI)现象的过程.试验验证了选用的计算模型及计算方法的可行性后,数值模拟了不同低速运转条件下、不同乙醇掺混比(体积分数)的乙醇-汽油混合燃料时,小缸径增压直喷发动机燃烧室内由机油液滴引发的低速早燃现象以及后续的超级爆震过程.结果表明:乙醇掺混比分别为10%和20%(E10、E20)时,发动机缸内依次发生了超级爆震燃烧;当乙醇掺混比为30%(E30)时,即使发生了早燃现象(1 200 r/min)并导致随后的爆震燃烧,但压力升高幅度明显降低,此时没有发生超级爆震燃烧;随着发动机转速提高(1 600 r/min),使用E30燃料时发动机缸内也仅发生了早燃现象,而没有发生爆震燃烧;当乙醇掺混比高于50%(E50)后,不同工况条件下发动机缸内已经没有低速早燃现象.使用乙醇-汽油混合燃料的小缸径增压直喷发动机在超级爆震发生前一定有低速早燃现象发生,但低速早燃现象不一定导致超级爆震过程.     

某增压直喷汽油机进气道开发

针对某2.0 L增压直喷汽油机,设计了 2种进气道方案,通过试制进气道芯盒,采用气道三维粒子图像测速(three-dimensional particle image velocimetry,3D-PIV)试验与三维仿真相结合的方式,分析进气道性能及进气道对缸内流动的影响.结果表明:进气道切入角是气道开发的关键参数,合...     

喷油策略对直喷汽油机混合气形成影响的模拟计算北大核心CSCD

利用三维仿真软件FIRE建立直喷发动机的仿真计算模型。经过喷雾可视化试验标定,对直喷发动机的单次喷射和二次喷射进行仿真计算,得出二次喷射策略的燃油碰壁量比单次喷射降低25%,有利于混合气的形成和燃烧。进一步研究推迟二次喷射时间对混合气形成的影响发现,一定程度上推迟喷油时间后,燃油的碰壁量会有所下降,同时也会导致最终油膜量的提高,反而导致混合结果不佳。此外,若喷油过迟,碰壁量不仅不会减少,还会增加。     

增压直喷汽油机细小颗粒物排放特性研究

在一辆国六增压直喷、未安装颗粒捕集器的汽油车上分别采用常温(23℃)全球轻型车统一测试循环(worldwide harmonized light vehicles test cycle,WLTC)、常温(23℃)RTS95和低温(0℃)实际道路排放(real drive emission,RDE)测试循环对粒径在23nm以上和10nm以上的颗粒物数量排放进行了同步测试研究,以研究增压直喷汽油车的细小颗粒物(粒径10nm～23nm)排放特性。结果表明,在常温WLTC、RTS95及低温RDE循环测试中,10nm以上颗粒物的数量排放比国六标准规定的23nm以上颗粒物分别高32.4%、30.4%和15.6%。无颗粒捕集器时,急加速、减速和怠速工况细小颗粒在总颗粒物排放中的占比明显增加;冷起动和暖机阶段细小颗粒物的排放占比很低。细小颗粒主要在车辆充分暖机和三元催化器(three-way catalyst,TWC)起燃后产生;较低的环境温度并未引起细小颗粒物的明显增加。     

复合增压直喷汽油机缸内燃烧速度研究

为了研究复合增压直喷汽油机低速高负荷及外特性燃烧速度,搭建了试验平台,进行了大量性能试验,基于其他研究者的研究成果和研究经验,结合燃烧系统开发的工程性,提出了缸内层流燃烧速度和湍流燃烧速度分段分析法。通过该方法对试验结果进行分析,揭示了复合增压直喷汽油机低速高负荷及外特性燃烧速度特征。     

火花塞对缸内汽油直喷增压发动机油气混合影响研究

针对三种不同火花塞,利用STAR-CD软件对某缸内汽油直喷(GDI)增压发动机在1 500 r/min全负荷工况下缸内的油气混合进行了CFD分析,得到发动机在点火时刻气缸内及火花塞附近混合气的空燃比及流场分布,并评价了缸内滚流、湍动能及油气均匀性参数。分析结果表明,在点火时刻,三种火花塞周围湍动能和缸内油气场特性略有差异。但总体上来说,对点火性能影响不大,为GDI发动机的火花塞设计和使用提供了理论依据。     

FAI二冲程缸内直喷汽油机的研究

基于AX～100二冲程化油器式发动机进行了FAI(Free Armature Injection自由电枢喷射)缸内直喷二冲程发动机的台架试验研究,在原机的基础上设计改造了一个适合缸内直喷的燃烧室结构,获得了大量的缸内直喷的试验数据和电控参数的MAP图,并做了该直喷发动机和原化油器发动机的性能、燃油消耗和HC排放的比较。结果表明,FAI直喷技术能够成功地应用于二冲程发动机缸内直喷系统,极大改善了燃油短路的现象和扫气效率,在整个运行范围内燃油消耗大大降低,HC排放改善很多。