侧卷流和复合卷流燃烧系统混合燃烧特性

为研究侧卷流燃烧系统(LSCS)和复合卷流燃烧系统(MSCS)对直喷式柴油机性能的影响,通过单缸柴油机台架开展了LSCS和MSCS的燃烧性能试验,结合仿真分析,揭示了LSCS和MSCS的缸内油、气混合特性．结果表明：在小负荷和高过量空气系数φa下,MSCS体现出较好的燃烧性能,相比于LSCS,其燃油消耗率最大降幅为3.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.13 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.6°CA;但在大负荷和低φa下,LSCS体现出更好的燃烧性能,相比于MSCS,其燃油消耗率最大降幅为2.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.56 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.8°CA．仿真结果表明：随负荷减小或φa增大,燃油射流贯穿能力减弱,复合卷流燃烧室的弧脊能更有效地提升油、气混合质量;随负荷增大或φa减小,燃油射流贯穿能力增强,复合卷流燃烧室的弧脊阻碍了燃油射流扩散,侧卷流燃烧室的分流造型能更显著地改善油、气混合过程．     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH₄排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH₄排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。     

喷雾引导分层燃烧部分负荷喷油点火策略研究

在一台中置多孔喷油器的直喷汽油机上进行试验,研究了喷雾引导分层燃烧技术在部分负荷(n=2 000r/min、BMEP=0.2MPa)下,喷油点火策略对发动机油耗和排放的影响。研究结果表明:点火(IGN)时刻处于喷油结束(EOI)时刻附近时,可以实现稳定的分层稀薄燃烧。在IGN时刻与EOI时刻等高线图中,THC排放与NOx排放呈现矛盾折中关系,CO排放随EOI时刻的推迟而逐渐降低。有效燃油消耗率受到燃烧效率和燃烧相位两个矛盾因素的共同影响,在EOI为上止点前34°的曲轴转角而IGN为上止点前35°的曲轴转角时获得最低值(329g/(kW·h))。采用两次喷射策略时,小的喷射间隔下,喷射比例对分层燃烧的燃烧稳定性和排放影响较小。     

LP-EGR对增程器GDI汽油机燃烧和排放的影响

为进一步降低燃油消耗率和有害排放,开发增程器专用发动机,在一台缸内直喷(GDI)汽油机上选取增程器的3个运行工况点,开展了当量比燃烧模式下的低压废气再循环(LP-EGR)试验研究.结果表明:随着废气再循环(EGR)率的增加、点火时刻的推迟,缸内压力和放热率峰值降低且推迟,燃烧持续期延长,缸内燃烧由爆震逐渐过渡到失火,NOx排放降低.随着EGR率的增加,HC排放升高,CO和PM排放降低.点火时刻对HC、CO和颗粒物(PM)排放的影响规律随EGR率的变化而不同.引入EGR前、后的颗粒物总数量(PN)浓度值均在较低的数量级(105/cm^3).3个工况点综合优化后的最低有效燃油消耗率为219.1 g/(kW·h),较原机降低了7.75%.     

高压缩比湍流射流点火发动机负荷拓展及性能优化

稀薄燃烧可以提高发动机效率并降低排放，而湍流射流点火(TJI)是一种能够实现稀薄燃烧稳定点火的技术．笔者基于一台压缩比为13.0的单缸、四冲程汽油机，开展了TJI汽油机小负荷和大负荷极限的拓展研究，并结合试验提出一种全负荷运行策略．在大负荷拓展方面，采用进气增压的策略；在小负荷拓展方面，对比了质调节和量调节两种方式．结果表明：进气增压可拓展TJI发动机的大负荷极限，增压后发动机指示平均有效压力(IMEP)上限可以拓展至1.06 MPa，且指示燃油消耗率(ISFC)降低．小负荷运行工况下，量调节方式在燃油经济性与排放方面均明显优于质调节，主要因为过于稀薄的混合气不利于火焰传播，小负荷工况下需保证一定的混合气浓度以实现高效燃烧．最后，提出一种不同负荷的运行优化策略以实现TJI发动机在全负荷工况下高效运行.     

稀薄燃烧结合高能点火对高压缩比汽油机小负荷工况燃油经济性的影响

汽油机小负荷工况由于泵气损失较大,燃油经济性较差.针对这一问题,基于一台压缩比16的直喷汽油机,结合自主研制的高能点火系统将稀燃极限从1.5拓宽到1.65,最大相对热效率提升22％,其中稀薄燃烧贡献了17％,高能点火贡献了5％.一维数值模拟结果表明,稀薄燃烧可以提高比热比,降低泵气损失和传热损失,高能点火的作用在于加快...     

主动预燃室式直喷汽油机稀薄燃烧性能研究

为明晰不同点火方式对汽油机稀薄燃烧特性的影响规律,在一款排量为0.5L的研究型单缸机上试验研究了传统火花塞和主动预燃室两种不同点火方式下发动机燃烧及排放特性,探索主动预燃室拓展稀薄燃烧极限的多种影响因素。研究结果表明,稀薄燃烧可有效降低油耗,提高发动机热效率。传统点火线圈的稀燃极限处于过量空气系数1.5附近,最高指示热效率为45.0%,而采用主动预燃室系统后,稀燃极限可进一步拓展,过量空气系数可达2.0,指示热效率提升至46.5%,氮氧化物排放比采用传统火花塞点火技术时降低约88%;主动预燃室匹配高压缩比14.80的燃烧系统,可进一步拓展稀燃极限至过量空气系数2.1,指示热效率可达48.0%,氮氧化物排放继续降低,在过量空气系数采用2.1时NOx排放最低可达58×10-6。     

UICC新型燃烧系统的进一步试验研究

本文介绍了UICC新型汽油机燃烧系统在EQ1100单缸试验机上进行进一步试验研究的结果。试验表明,压缩比由原机的7.0提高到8.6,使发动机获得了满意的性能。外特性最低指示燃料消耗率为226.3g/(kW·h),比原机低14.4％;最大指示扭矩和最大指示功率分别提高7.8％和2.3％。新燃烧系统具有较强的抗爆能力和稀然能力。排放测试表明。CO排放量比原机有明显下降,HC排放量与原机相近。     

火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧的试验研究

均质混合气压燃(HCCI)燃烧高负荷拓展是内燃机燃烧领域的一个难题.在缸内直喷汽油机(GDI)上采用EGR、火花点火和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了3种燃烧方式:HCCI、火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧方式、火花点火(SI)燃烧方式,研究了不同EGR率和点火提前角对SICI燃烧排放特性的影响.结果表明,汽油SICI组合燃烧方式呈现明显的两阶段燃烧特性,调整点燃放热比例可以实现HCCI燃烧向高负荷拓展(最大平均有效压力为0.82 MPa),同时能获得较低的NOx排放和高的热效率.     

稀燃条件下主动预燃室式直喷汽油机燃烧和排放特性研究

为明晰不同点火方式对汽油机稀薄燃烧特性的影响规律,在一款排量为0.5 L的研究型单缸机上试验研究了传统火花塞和主动预燃室两种不同点火方式下发动机燃烧及排放特性,探索主动预燃室拓展稀薄燃烧极限的多种影响因素.研究结果表明,稀薄燃烧可有效降低油耗,提高发动机热效率.传统点火线圈的稀燃极限处于过量空气系数1.5附近,最高指示...     

预燃室射流点火对汽油发动机性能影响

基于一台单缸汽油发动机,设计了主动预燃室系统,试验了预燃室混合气状态对燃烧及排放的影响,通过对比不同点火能量的火花塞点火和预燃室点火,明确预燃室射流点火对燃烧过程影响机理．结果表明：随着预燃室内喷油量的增加,颗粒物数量(PN)排放增加;预燃室内浓混合气能改善燃烧相位、加快燃烧速度,提高点火性能,但预燃室内当量比附近的混合气有更大的节油潜力．当全局过量空气系数φglobal小于1.4时,预燃室点火燃油消耗率恶化;当φglobal大于1.4时,预燃室改善热效率的能力开始凸显．当预燃室中燃油量占总循环油量的分数为2%时,预燃室点火能将稀燃极限扩展至φglobal为2.1,在φglobal为1.8时总指示热效率达到48.5%的最大值．     

TJ376QE二气门发动机稀薄燃烧的实验研究

汽油机燃烧稀混合气是降低有害尾气排放、燃油消耗率的有效途径。由于二气门发动机改变缸内气体流动比较困难,难以形成空气燃料浓度分布,因此目前国际上成功的稀燃发动机均为四气门结构。为增强其涡流和滚流运动,对二气门的TJ37GQE汽油机进气系统进行了改造,随后强烈的空气运动结果表明其有利于组织空气和燃料在缸内的浓度分布,从而为在二气门汽油机上实现稀薄燃烧打下基础;通过采用二次燃油喷射技术,在缸内形成准均质分层混合气,成功地在二气门汽油机上实现了稀薄燃烧。     

汽油机的稀薄燃烧系统分析

简要介绍了一种新型的汽油机的稀薄燃烧系统 ,可以有效地降低燃油消耗率和废气排放。     

自由活塞发动机关键设计参数及其性能的仿真优化研究

针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定功率为7.42 kW,相比原机的标定功率提高了1.17 kW;最低燃油消耗率为313.4 g/(kW·h),相比原机节省燃油34%。     

预燃室湍流射流点火甲醇发动机稀薄燃烧和排放特性试验研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)甲醇发动机燃烧特性、性能表现和排放特性的试验研究。结果表明,TJI燃烧模式燃烧速率较快,放热率(heat release rate,HRR)峰值明显较高,且具有更短的滞燃期和燃烧持续期。随着过量空气系数变大,缸内压力和放热率峰值变小,TJI和火花塞点火(spark ignition,SI)燃烧模式滞燃期和燃烧持续期均变长。此外,TJI燃烧模式可有效提升甲醇发动机的稀薄燃烧稳定性,可将稀燃极限拓展至过量空气系数2.0。TJI燃烧模式下平均指示压力略低于SI模式;然而对于过量空气系数大于1.1的稀燃工况,TJI燃烧模式指示燃油消耗率更低,在过量空气系数1.3时低于570 g/(k W·h),说明其具有更好的燃油经济性。TJI燃烧模式下氮氧化物排放量明显低于SI燃烧模式,过量空气系数1.1时降低约37.2%,并且在过量空气系数大于1.3的极稀燃工况具有相对较低的甲醛CH₂O和碳氢化合物排放。     

多次点火对喷雾引导分层稀薄燃烧性能的影响

在一台喷油器中置的单缸直喷汽油机上,基于2,000,r/min、平均指示压力(IMEP)为0.3,MPa的工况,研究了多次点火技术对喷雾引导分层燃烧性能的影响.基于NI Com Pact RIO开发了一套单缸机控制系统,成功实现多次点火并应用于试验.结果表明:多次点火技术增加了点火次数和点火能量,改善了分层燃烧的稳定性.在相同的喷油开始时刻(SOI)为50°,CA BTDC时,多次点火的稳定点火窗口比单次点火增加了15°,CA.此外,多次点火能拓展分层燃烧的EGR率容忍度.随着EGR率的提高,分层燃烧相位推迟,燃油消耗率及排放可以得到优化.相比单次点火,在SOI为50°,CA BTDC、点火时刻(IGN)为40°,CA BTDC时,其EGR率上限可以从15%,拓展到22%,,指示燃油消耗率(ISFC)降低约3%,,NO_x排放降低约20%,;在EGR率同为15%,时,其THC排放降低约10%,,CO排放降低约8.3%,.     

提高LJ368QE动力与经济性的试验与研究

LJ368QE四气门汽油机在最大化使用原368Q汽油机零部件的基础上对气缸盖等进行了重新设计，但是根据发动机机舱空间尺寸设计的短进气歧管而导致动力性能不足。本文经过分析与试验，当该短进气歧管匹配长为300mm的进气总管时，其动力性有明显提高，低速扭矩增大，燃油消耗率下降，升功率达50kW·L^-1，扭矩为70N·m（对应转速为3000r·min^-1），最低燃油消耗率248g·（kW·h）^-1。     

不同增压系统对重型柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台电控高压共轨重型柴油机上,基于高压冷却废气再循环(EGR),对比研究了带废气放气阀式单级固定涡轮截面增压器(WGT)、单级可变涡轮截面增压器(VGT)、二级固定涡轮截面增压器(WGT-FGT)和二级可变涡轮截面增压器(VGT-FGT)四种增压方式对柴油机性能与排放的影响。结果表明:可变截面相对固定截面增压系统(VGT相对WGT,VGT-FGT相对WGT-FGT),能显著提高涡前与进气压差,实现更高EGR率和更低的NO_x排放,同时能够提高进气充量,从而改善燃烧过程。随着NO_x比排放的降低,四种增压方式的油耗都呈现上升趋势,并且VGT-FGT、VGT、WGT-FGT和WGT的燃油消耗率依次升高。当NO_x原始排放控制在5.0g/(kW·h)左右,采用WGT-FGT时燃油消耗率相对WGT获得一定改善(与VGT和VGT-FGT相当),碳烟排放与VGT-FGT接近,明显优于WGT。随NO_x排放降低,可变截面增压系统相对固定截面增压系统逐渐表现出优势:当NO_x原始排放控制在3.5g/(kW·h)左右,VGT可以获得与VGT-FGT接近的燃油经济性和碳烟排放;当NO_x原始排放更低(2.8g/(kW·h)以下),VGT-FGT降低油耗和碳烟排放的优势更加明显。     

气道喷水和废气再循环对重型柴油机性能和排放影响的优化匹配试验研究

在一台高压共轨重型柴油机上开展了气道喷水结合高压废气再循环(EGR)的试验研究。基于世界统一稳态测试循环(WHSC)各工况点探索引入高压EGR和气道喷水技术对柴油机排放和燃油经济性的影响;在此基础上对各工况的燃烧相位进行优化,得到WHSC各工况点下基于喷水和EGR的优化策略。结果表明:综合考虑排放和燃油经济性,低负荷工况宜单独引入高压EGR,并通过提前喷油时刻(start injection timing,SOI)优化燃烧相位;中高负荷工况宜少量喷水并引入适当EGR,满负荷则应单独采取气道喷水策略。WHSC加权结果表明,在保持较低的HC、CO和碳烟排放前提下,优化后的加权NOx比排放降低7.71g/(kW·h),降幅约45.2%,有效燃油消耗率降低约1.20g/(kW·h)。     

预燃室射流点火技术对汽油机性能影响的研究

在一款增压直喷小型强化废气涡轮增压汽油机上,进行了加装预燃室与传统点火在低速外特性、中转速负荷特性的燃烧特性、经济性和排放特性对比试验,分析了预燃室火焰射流点火过程与传统点火对汽油机性能影响的规律。研究结果表明,在1500r/min、平均有效压力为2MPa工况,采用预燃室点火后缸内燃烧等容度提高,最高燃烧压力增大,燃烧相位提前7.1°,有效燃油消耗率下降约24g/（kW·h）;在2000r/min负荷特性的试验工况,相比于传统点火,预燃室点火燃烧循环变动均获得改善,燃烧持续期缩短,低负荷时燃烧相位不变而比油耗略微上升,高负荷时燃烧相位大幅提前,比油耗改善约7g/（kW·h）,且最高有效热效率由36.9%上升至37.5%。就气体排放物而言,预燃室点火加速燃烧使NOx排放最高上升约15%,HC排放最多下降约36%,而CO排放低负荷时基本维持不变,在高负荷时略有下降。