汽油/丁醇燃料燃烧动力学简化机理的构建和验证

采用基于误差传递的直接关系图法和敏感性分析方法简化含有7714个基元反应和1765种组分的汽油/丁醇混合燃料详细机理,构建一个含有425个基元反应和96种组分的汽油/丁醇混合燃料的简化动力学机理。该简化机理含有正丁醇、异丁醇、叔丁醇和仲丁醇,以正庚烷/异辛烷/甲苯混合物作为汽油模型燃料。将简化机理预测的着火延迟、组分浓度和层流火焰速度与详细机理的预测值和实验数据进行比较,验证结果较好。最后,将该简化机理耦合到三维计算流体力学软件CONVERGE中,模拟汽油/丁醇混合燃料在发动机的燃烧过程。结果表明：构建的汽油/丁醇简化机动力学理可很好地捕捉火花点火式发动机的缸内燃烧过程。     

液化石油气HCCI燃烧反应机理简化与分析

利用大型气相动力学计算软件包CHEMKIN,以温度敏感性和反应速率分析为基础,对液化石油气HCCI燃烧详细化学动力学模型进行了机理简化,得到一个包含33种组分和93个基元反应的简化机理.并对简化机理与详细机理不同边界条件下的缸内温度峰值、压力峰值、着火时刻进行了对比分析,结果表明,在较广的进气温度、进气压力、压缩比、燃空当量比范围内简化机理与详细机理能够保证基本吻合.     

二甲醚均质充量压燃简化机理研究

通过对二甲醚燃烧的详细化学动力学的研究以及温度敏感性分析,构建了一个涉及31种组分、49个基元反应的简化机理。该简化机理包括低温阶段、NTC区子机理、甲酸生成与消耗子机理和高温阶段子机理。通过分析过量空气系数、进气温度、压缩比对二甲醚均质压燃的影响以及重要组分的变化过程,验证了简化机理在缸内压力、温度、燃烧始点和NTC区等与详细机理的一致性。     

基于DRGEPSA方法的甲烷燃烧简化机理的构建及验证

采用耦合误差传播和敏感性分析的直接关系图(DRGEPSA)法,对甲烷燃烧详细反应机理(Gri-Mech 3.0机理)进行了简化,构建出了一套含有23种组分和110步基元反应的简化机理。为验证该简化机理的合理性和可靠性,采用充分搅拌反应器模型和一维层流预混反应器模型分别对甲烷燃烧反应过程进行模拟,并对温度和组分摩尔分数分布进行了对比分析。结果显示:利用简化机理分析得到的预测数据与详细机理吻合良好。结合该简化机理,建立了二维数值模型对带伴流的甲烷/空气Flame D进行数值模拟仿真研究,流场的温度和组分分布均与实验值吻合度较好,进一步表明所提甲烷燃烧简化机理具有较高的模拟精度。     

掺氢汽油机燃烧过程的准维模型构建

为研究不同工况下掺氢汽油机燃烧特性,构建并验证了用于计算掺氢汽油机缸内燃烧过程的准维模型.模型基于理想气体状态方程、质量守恒方程、热力学第一定律,建立双区热力学微分方程组,通过湍流卷吸模型确定燃烧放热率,通过掺氢汽油层流火焰速率关联式反映掺氢对混合气火焰特征的影响规律,并利用MATLAB数值分析软件完成方程组的求解过程.结合内燃机台架试验,对不同掺氢体积分数、混合气当量比、进气道压力条件下模型的准确性进行了验证.对比结果表明,该模型能准确地反映不同运行条件下掺氢汽油机的燃烧特性.     

甲烷HCCI燃烧反应机理简化与分析

通过分析系统温度变化与主要中间产物生成率,以敏感度分析为基础对GRI-MECH3.0机理进行简化,最后得出一个包含25种组分、36个反应的简化机理。此简化机理适用于天然气HCCI模式燃烧着火相位研究,与详细机理在着火点预测上吻合良好。经验证,在较广的初始压力、温度、转速、压缩比、空燃比变动范围内可以保证与详细机理相近的精度。同时在简化过程中梳理出着火延迟期的关键反应。     

直喷汽油机SI/HCCI燃烧过程的CFD模拟研究

建立了缸内直喷HCCI汽油机三维数值模型,且搭建了CFD-化学动力学反应机理计算模型.基于该计算模型平台研究了缸内直喷汽油机SI/HCCI燃烧模式下的燃烧与排放特性.分析了缸内喷雾发展过程、混合气空间分布以及不同燃烧模式下缸内压力与NO排放.研究结果表明,与传统火花点火燃烧模式相比,均质压燃模式下缸内温度空间分布更佳均匀;缸内压力升高率更高;但是燃烧持续期有所缩短.     

缸内直喷汽油机的HC排放特性分析及未来排放法规对其的挑战性

在介绍缸内直接喷射汽油机基本燃烧机理及各工况运行特点的基础上 ,重点分析了缸内直喷汽油机的HC排放机理 ,同时基于对比试验 ,分析比较了在FTP 75测试循环下缸内直喷汽油机与进气道喷射汽油机的HC排放特性 .分析表明 ,为了满足未来严格的排放法规的要求 ,缸内直喷汽油机仍面临着巨大的挑战 .此外还分析了造成缸内直喷汽油机HC排放高的原因 ,并提出了控制措施 .     

汽油机冷起动过程富氧燃烧试验研究

为了研究进气中O2体积分数对汽油机冷起动过程燃烧与排放特性的影响,试验对一台单缸汽油机分别提供O2体积分数为21%、23%、25%、27%和29%的富氧空气,对比分析冷起动最初60 s内的缸内压力、放热率和排气温度,以及HC、CO和NOx排放.研究结果表明,随着进气中O2体积分数的增加,汽油机冷起动过程燃烧与排放状况均有明显改善,着火更早、燃烧更快、缸内压力峰值和放热率峰值更大;同时,富氧燃烧可提高排气温度,大幅降低HC和CO排放量,减幅分别达88.5%和93.6%,但NOx排放量随O2体积分数增加而加速增大.     

基于PSO和EGR的汽油机尾气排放研究

为了降低缸内直喷汽油机的排放,研究EGR系统对汽油机排放的影响.通过某款缸内直喷汽油发动机型号及参数,利用GT-POWER软件搭建仿真模型,对比仿真数据与实验数据验证模型有效性和可靠性.基于粒子群算法对常规PID控制器进行优化和改进,选取发动机转速、节气门开度和空燃比为发动机燃烧控制变量,仿真与实验测算发动机转速在25...     

汽油机缸内富氧燃烧的试验研究

富氧燃烧是一种可以实现节约能源和降低污染物排放的内燃机燃烧技术.通过汽油发动机在同一工况工作时,使进气中氧体积分数分别为20.7％、23.2％和25.4％,实现富氧燃烧.研究不同的进气氧体积分数对汽油发动机的燃烧特性和排放特性的影响.研究结果表明：进气氧体积分数增加,发动机缸内压力和燃烧放热率升高,最高燃烧压力相位提前,降低循环波动,发动机燃烧工作稳定;同时减少THC和CO的排放,但NOx的排放量增大.     

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.     

Experimental investigation of effects of bio-additives on fuel economy of the gasoline engine

The matter extracted from palm oil was considered as gasoline additive. The effect of various percentages (0.2%, 0.4% and 0.6%) of the bio-additives on fuel economy of SI engine respectively running on prime gasoline, gasoline with known components, ethanol gasoline, and methanol gasoline under typical urban operation condition 2000 r/min was investigated. The results showed that the bio-additives can remarkably improve the fuel economy of SI engine while operating on all kinds of fuel. The optimal ratio of bio-additive to gasoline depends on the fuel used and on the different engine operating conditions. Besides, the experiments of constant volume combustion bomb, analysis of in cylinder processes, the synchrotron radiation and high-temperature friction were conducted to probe into the mechanism of the bio-additive impact on fuel economy. It indicated that the bio-additives can increase the maximum cylinder combustion pressure, improve exhaust emissions and largely reduce the frication coefficient. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50376045)     

滑模控制在非线性机械系统中的应用

针对汽油机怠速控制要求，选择了点火提前角作为控制变量，建立了汽油机怠速模型，设计了滑模控制器。通过进行SIMULINK在线仿真，结果表明：在中小负载的情况下，滑模控制器的控制性能良好，怠速相对误差不到2％。     

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。     

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.     

汽油机喷入过热水蒸气的热力循环分析

阐述了对汽油机喷入过热水蒸气的节能机理，从理论上分析了水蒸气能够起到减轻爆震作用的原因，为寻求提高汽油机热效率的途径提供了有效依据。     

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.