492Q汽油机非稳定加速工况下的示功图分析

非稳定工况是车用发动机最经常使用的工况，然而由于技术原因，对其工作过程的研究尚不够深入。本文定义了发动机非稳定工况与过渡过程的概念，按３种情况划分了加速过程。建立了适用于过渡过程的发动机缸内参数动态数据采集分析系统，利用该系统测取了４９２Ｑ汽油机加速过程的气缸内瞬时压力、空燃比等参数，并对加速过程进行了示功图分析。结果表明，与相应稳定工况比较，加速过程使混合气变稀、点火滞后、燃烧稳定性变差、循环动力性下降。     

湍流射流点火甲醇发动机负荷拓展和性能优化研究

基于一台湍流射流点火（turbulent jet ignition, TJI）甲醇发动机开展发动机负荷拓展和性能优化试验研究。结果表明,稀燃工况下（过量空气系数大于1.4）,采用进气增压技术可有效提升TJI甲醇发动机在高负荷工况下的燃烧稳定性和动力性,同时降低指示油耗率,提升排放性能;此外,基于进气增压技术提出了TJI甲醇发动机宽负荷工况下的最佳油耗运行策略。低负荷运行工况下,相较于质调节方式,采用量调节方式改变发动机负荷可使指示油耗率最高降低5.2%（平均指示压力为0.30 MPa时）,一氧化碳（carbon monoxide, CO）、甲醛（methanal, HCHO）及碳氢化合物（hydrocarbon, HC）等污染物排放均有所降低,同时可提升燃烧稳定性,避免过于稀薄而造成的燃烧恶化现象。     

基于PFI进气方式V型汽油机热力学试验研究

研究了不同的控制参数对发动机燃烧特性的影响情况。通过对进气道及配气正时的研究,分析了影响V型汽油机燃烧稳定性和燃烧均匀性的主要因素。在部分负荷工况和怠速工况,通过对汽车电子控制单元(ECU)控制参数的调整进行试验研究。试验结果表明:点火角、过量空气系数λ、可变气门(VVT)角度对燃烧滞燃期和燃烧稳定性均有明显的影响,通过合理地调整ECU控制参数可改善发动机的燃烧特性;对于V型发动机存在两侧进气不均的情况,可通过优化标定软件及其他标定手段改善该现象。     

排气凸轮轴型线对国六TGDI发动机催化器起燃的影响

在国六发动机燃烧开发过程中为了保证燃烧系统能满足催化器快速起燃,需要对发动机起燃工况进行研究。有两种不同的排气凸轮轴方案,选取典型工况,通过分析若干ECU关键参数对起燃结果的影响,确定最优方案达成工程指标。综合考虑热流量、气体污染物流量、碳烟和燃烧的稳定性等,选定最优关键参数。结果表明排气凸轮型线对废气的能量及气体排放物的影响明显,排气门晚开有利于催化器起燃。     

基于燃烧模型的增压柴油机动态指示转矩预测

为了提高发动机动态转矩估计精度,提出了基于零维燃烧模型的增压柴油机转矩在线预测方法.首先从增压柴油机动态燃烧特性出发,分析了影响动态指示转矩的因素;通过稳态和动态试验获取燃烧放热率参数,并利用神经网络训练出工况参数与燃烧模型参数的关系式,得到能够预测燃烧放热规律的燃烧模型;然后在此基础上对缸内热力过程进行数值求解和算法简化,实现了在线指示转矩估计,具有良好的实时性.由于该方法解耦了工况参数与指示转矩之间的强非线性关系,获得了较高的预测精度,稳态平均相对误差为2%,,动态平均相对误差为5%,.     

典型工况下的稀燃天然气发动机燃烧循环变动研究

通过分别记录稀燃天然气发动机在怠速、低速大负荷及高速大负荷工况下的缸内压力数据,提取并计算各工况下缸内燃烧特征参数的循环变动率,进而研究各工况下稀燃天然气发动机燃烧循环变动的特性。结果表明:在怠速工况下,天然气发动机燃用稀混和气时,燃烧循环变动十分明显;与低速大负荷工况相比,稀燃天然气发动机在高速大负荷工况下的平均指示压力燃烧循环变动系数上升了一倍。     

某LNG发动机进气补气对缸内过程的影响

对一台增压、火花点燃液化天然气(LNG)发动机的进气系统加装一套补气装置并进行试验,连续记录补气过程中进气压力、空燃比、燃料质量流量和缸内动态压力等体现缸内燃烧及热功转化过程的瞬变参数。通过分析实测燃烧放热率(ROHR),揭示了瞬变状态下发动机空燃比、燃料质量流量和进气压力等运行参数对燃烧特征参数的影响,指出燃烧推迟、失火和平均指示压力(IMEP)波动等燃烧失常现象,并得出这些现象的产生原因。研究结果表明:无论是稳态工况还是瞬态工况,LNG发动机的燃烧过程主要由过量空气系数决定。     

柴油机瞬变工况的动态响应及燃烧劣变分析

利用瞬态控制和测试系统,研究了增压柴油机恒转速增转矩瞬变工况不同加载时间和转速对发动机动态响应及燃烧劣变的影响.为分析问题的方便,定义了一个评价瞬变响应性能的参数——滞后系数.结果表明:在相同加载时间下,发动机的油量、转矩、进气量和NOx的滞后系数依次增大;随着加载时间或转速的减小,各参数的滞后系数逐渐增大;与稳态工况相比,瞬变过程中发动机存在进气延迟、空燃比降低、燃烧相位推迟、烟度和燃油消耗率增加等燃烧劣变问题,且随着加载时间或转速的减小,上述的"问题"越严重.     

内燃机瞬态特性对整车循环工况动力性和经济性的影响

针对用发动机稳态万有特性计算整车循环工况性能所存在的不足,选用一款汽油机摩托车进行研究和验证。通过运用整车循环工况的试验数据,在发动机动态台架上模拟循环工况测定了发动机的瞬态特性。根据对发动机瞬态特性分析对原机进行了相应改进,使发动机瞬态时混合气形成和燃烧过程得到了改善,加快了发动机瞬态响应频率。最终试验测试结果显示,在发动机稳态特性变化很小的情况下,瞬态特性改进后不仅使整车变工况时动力性略有提升,而且明显降低了整车循环工况百公里油耗。     

基于Vold-Kalman阶比跟踪的发动机燃烧始点在线估计

根据发动机燃爆振动信号的频率与发动机转速变化相关,提出了一种通过测量发动机气缸盖振动信号来间接在线估计发动机燃烧始点的方法。利用Vo1d-Kalman阶比跟踪算法提取了表征发动机燃爆振动信号的阶比分量,以压升率折点作为燃烧始点的参考值,对比研究了阶比分量和的时域波形与压升率变化曲线,实现了发动机各缸燃烧始点的在线估计。正常工况下,发动机各缸燃烧始点的估计正确,间隔不均匀误差小于3°CA,表明该方法可用于发动机各缸燃烧始点的估计。     

缸内直喷汽油HCCI发动机瞬态特性的研究

通过缸内直喷两次喷射的方法,均质充量压缩着火(HCCI)燃烧在稳态工况下能够被有效地控制。对于瞬态工况,不仅要求对燃烧能够灵活控制,而且必须具有快速的响应特性。研究了HCCI发动机在转速和负荷发生改变时的瞬态特性。结果表明,在发动机转速改变时,HCCI燃烧具有自平衡特性。通过调节两段喷油比例,可以抵消由于诸如转速变动等工况变化引起的燃烧相位改变。同时改变喷油策略和循环供油量成功地实现了负荷的调节,调节过程在一个发动机循环内完成。通过优化负荷调节过程的中间喷油策略,可以进一步平滑动态过程,使燃烧波动得到抑制。发动机的响应特性显示,由负阀重叠(Negative Valve Overlap,NVO)实现的HCCI燃烧对部分边界调节不敏感,通过调节喷油策略能够提高HCCI燃烧的鲁棒性。     

直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声控制研究

开展多缸柴油机瞬态工况燃烧噪声的控制研究。分别在四缸自然吸气发动机、增压发动机、引入EGR发动机和高压共轨发动机上开展了不同负荷工况下的瞬态与稳态工况的燃烧噪声测试分析,开展了增压、EGR和喷射策略对燃烧噪声控制研究。增压对瞬态工况的燃烧噪声有一定的抑制作用,增压对恒转速增转矩瞬态工况燃烧噪声的控制效果要好于对恒转矩增转速工况。瞬态工况引入适当的EGR有助于燃烧噪声的降低,EGR控制瞬态工况燃烧噪声的关键是能够实时对EGR率进行调节。相对于稳态工况,瞬态工况下应取较大的预喷量和与主预喷间隔,并得到试验的验证。     

直喷汽油机预混和分层稀薄燃烧特性对比研究

以多孔喷油器中间布置的热力学单缸直喷汽油机为平台,研究了预混和分层2种喷雾模式在发动机不同负荷的燃烧与排放特性,以及分层稀薄燃烧对发动机最大指示热效率的影响。研究结果表明:在燃烧循环变动系数(COV)不超过3的情况下,分层稀薄燃烧能够显著提高发动机部分负荷的过量空气系数极限,并且能在增压全负荷稀薄燃烧工况提高发动机的燃烧稳定性。在部分负荷(转速为1 500 r/min,平均指示压力(IMEP)为0.2 MPa)过量空气系数λ从1.0提高到1.5,泵气损失降低了26.30%,在2 000 r/min自然吸气全负荷工况,单缸机的最大指示热效率达到44.25%。提高λ,CO排放降低,NO_x排放先升高后降低,HC排放先降低后升高。     

ISG电机转矩补偿的低温预混柴油机瞬态控制

采用ISG电机进行动态转矩补偿,解决低温预混柴油机瞬态过程动力不足的问题。使用自主的燃烧状态分析单元,采集各缸缸压信号,计算燃烧状态指标,并发送给发动机控制单元。通过控制主喷油量和主喷定时,实现基于平均指示压力和放热中点的双闭环反馈的燃烧闭环控制。利用摩擦转矩增量与最大缸压增量之间的线性关系,进行摩擦转矩预估。利用反馈的平均指示压力、平均泵气压力和预估的平均摩擦压力,预估发动机输出的有效转矩。在转矩预估和燃烧闭环的基础上,进行转矩闭环控制。在发动机和ISG电机间进行转矩分配,在瞬态工况下,由于油量限制导致的转矩不足由ISG电机补偿。试验表明:在低温预混燃烧的瞬态加载工况和燃烧模式切换的瞬态工况下,利用ISG电机进行动态转矩补偿,无碳烟排放恶化状况,系统的转矩跟随效果好。     

液体火箭发动机燃烧稳定性CFD分析

应用CFD方法对液体火箭发动机中的高频燃烧不稳定性进行了分析研究,建立了液体火箭发动机不稳定燃烧数值模拟的综合模型和控制方程,比较了PISO和MacCormack两种算法,得出了两种算法均能成功应用于不稳定燃烧分析的结论。阐述了ACLRECI系列程序。应用该程序对YF－860液氢液氧发动机和NAL液氧／甲烷发动机的稳定性进行了数值模拟,得出了该发动机的燃烧稳定性极限图。数值计算结果与试车数据一致。     

稀燃点燃式天然气发动机的燃烧特性

通过对一台6102型稀燃点燃式天然气发动机在不同混合气浓度和不同点火提前角下的燃烧特性进行试验,深入分析了点火提前角和混合气浓度对天然气发动机燃烧特性的影响.结果表明,当进气压力和转速一定时,随着混合气变稀,NO_x排放降低,但输出转矩有减小趋势,耗气率升高且燃烧稳定性变差;适当增大点火提前角,可以使输出转矩增大,耗气率降低,提高燃烧稳定性,但NO_x排放会有所增加.因而需综合考虑动力性、经济性和排放来选择最佳的混合气浓度和点火提前角.找出了在满足动力性、经济性和排放的特定工况点的适宜浓度和点火提前角范围,为进一步标定全工况下的MAP图也提供了参考依据.     

一种内燃机瞬变过程状态与性能参数的准确检测方法

提出了一种能对车用内燃机瞬变过程中多项运行及性能参数同时进行检测与分析的方法.采用3个动态压力传感器和2个快速反应温度传感器进行信号测量,并与描述发动机气道内、气缸中工作过程的气体动力学和热力学方程组进行数值式耦合求解,解决了内燃机瞬变工况下换气过程与缸内过程的多参数,如瞬态气体质量流量、空燃比、进气及缸内气体成分、残余废气系数、泵气损失、燃烧放热规律和缸内指示效率等的连续高精度测量问题;通过分析缸内燃烧放热过程与热-功转换过程的相关影响参数,并与稳态工况下的Map标定参数进行对比,指出瞬变工况与稳态工况标定参数的差异,提出发动机瞬变过程中运行参数的纠偏要求.为瞬变工况下内燃机运行参数的精准标定与控制提供了一种新的手段,可望实现多参数的实机检测与纠偏,改善内燃机使用状态下的燃油经济性与排放性能.     

进气湿度对增压汽油机性能影响的试验

通过一款涡轮增压汽油机,研究了不同的进气湿度对发动机性能的影响.试验结果表明:随着湿度的增加,一方面实际进入缸内参与燃烧的干空气量下降,另一方面燃烧相位和燃烧持续期恶化,两者共同导致发动机的实测转矩降低而燃油消耗率升高.在大负荷工况时,发动机的抗爆性因湿度增加而得到改善,通过优化发动机的点火提前角,可以改善发动机的燃烧相位,增压发动机在大负荷工况的燃油消耗率反而降低,降低了1.4%～1.8%.     

天然气-汽油双燃料发动机燃烧特性试验研究

为了探究天然气-汽油双燃料燃烧模式在现代发动机上的适用性及潜在优势,基于一台增压直喷发动机结合进气道喷射天然气和缸内喷射汽油,开展了不同负荷、过量空气系数和天然气替代率下天然气-汽油双燃料燃烧特性试验研究。结果表明,低负荷固定转矩工况下,随着天然气质量流量增加,发动机最高燃烧压力提高,燃烧相位提前,循环变动降低,且在稀燃条件下尤为明显。中等负荷固定转矩工况下的燃烧特性变化规律与低负荷工况相似,而在高天然气替代率、稀燃条件下有效热效率随天然气质量流量增加明显提高。高负荷节气门全开工况下,尽管发动机最大转矩有所下降,但爆震起点和强度得到有效抑制,燃烧相位也明显改善,因此可以通过增压来弥补发动机功率不足的问题。     

天然气发动机燃烧循环变动特征参数分析研究

通过天然气发动机燃烧循环变动试验,获得了不同工况下天然气发动机缸内压力时间序列。以此为基础,分析了不同燃烧循环变动程度工况下,天然气发动机燃烧循环变动特征参数间的相关性。结果显示,缸内峰值压力pmax与平均指示压力pi有稳定的线性关系。同时,在平均指示压力循环变动系数小于9%的工况下,分别利用pmax与pi进行天然气发动机燃烧循环变动影响因素研究,得到了类似的趋势。最后,通过对缸内压力时间序列进行相空间重构,进一步分析了利用pmax准确表征天然气发动机燃烧循环变动的条件。