汽油机射流燃烧系统火焰传播过程的研究

根据汽油机燃烧火焰电离原理，试制成功了一台火焰传播测试仪，由于火焰前锋内离子浓度的变化将引起电位差的相应变化，所以通过装在气缸盖上的传感器，可使仪器显示出火焰到达燃烧室中某一位置的时刻和燃烧的持续时间，如用微机采样，则可同时检测３２个点，也可以用示波器显示任一个传感器输入的电位差变化波形。用此仪器对４９２ＱＳ汽油机进行了火焰传播过程的测试，从中可看出射流燃烧系统燃烧过程的特点，有利于今后进一步改进     

用电离法研究492QS射流燃烧系统火焰传播过程

根据汽油机燃烧过程中火焰电离的原理,成功地试制了一台火焰传播测量仪。通过装在气缸盖上某一位置处的传感器,用此仪器可以测出火焰到达射流燃烧室中该位置的时刻和燃烧持续时间。该仪器可同时检测32个测点,用微机采样输出数据,也可以用示波器显示任一个传感器输出的电位差变化波形。测量的结果分析表明,射流燃烧系统的燃烧过程有明显的自身特点,这对该系统进一步改进和整机性能的提高是有益的。     

应用光纤测量技术研究汽油机燃烧过程

用带有光学探头的火花塞传感器对一台汽油机的燃烧过程进行了测量。通过对测得的燃烧时火焰辐射光强度信号的分析与计算,获得了着火初期火焰传播速度、火焰传播初期的火焰前锋形状等信息。从火焰光强信号与缸内压力信号的对比分析中,得到了光强信号中所包含的燃烧过程信息、燃烧特性参数以及火焰光强信号与缸内压力信号之间的关系。结果表明：火焰光强信号和缸内压力信号具有一定的线性对应关系,但光强信号比压力信号能反映更多的有用的燃烧特征信息。     

用光纤燃烧传感器测量汽油机的燃烧时间参数的研究

本文介绍了一个光纤燃烧传感器及ＯＭＡ４光多通道分析仪组成的测量系统，用以测量汽油机燃烧火焰光谱。光谱分析结果再次证实了燃烧火焰中ＣＨ（４３１．５ｎｍ），Ｃ２（５１６．５ｎｍ），Ｈ２Ｏ（５８９ｎｍ）等自由基的特征光谱同Ｃ粒子的热辐射连续光谱叠加在一起，构成了火焰光谱。根据光谱曲线中Ｈ２Ｏ光强峰值变化，可以确定汽油机燃烧过程中重要的时间参数：着火延迟期和燃烧持续期。由于汽油机燃烧循环变动大，与单色仪和ＢＯＸＣＡＲ积分平均器组成的测量系统相比，光纤燃烧传感器＋ＯＭＡ４用光多通道分析仪系统测量汽油机燃烧火焰光谱，测量精度高，工作效率高。     

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。     

应用高速纹影法对汽油机燃烧过程的研究

根据光学纹影法的基本原理和高速摄影技术,在可视化发动机台架上搭建了一套反射式纹影光路系统,使其能够较清晰准确地记录燃料初期蓝焰的扩散过程。通过对比,纹影图像比直接摄影图像能更早地观察到火焰的产生,火焰轮廓更大,能够反应火焰的变化形态。试验将此系统应用在汽油机燃烧过程的研究中,并分析了空燃比和负荷时汽油机火焰传播速度及火焰形态的影响。结果表明:在理论空燃比附近,随着混合气变浓,着火始点靠前,火焰传播速度加快,火焰的表面皱折变大;负荷的提高使得燃烧更加充分,着火提前,火焰传播速度提高,火焰皱折增大。     

汽油机燃烧过程模拟计算及爆震预测

将计算焰前反应的化学反应动力学模型与燃烧模型及湍流火焰传播模型相结合,建立了含有碳氢燃料焰前反应的简易化学动力学模型的汽油机双区燃烧模型。用该模型能较好地模拟汽油机燃烧过程,并能实现爆震预测,研究影响爆震发生的诸多因素。采用此模型对４９２ Ｑ Ａ 汽油机进行模拟计算的结果与试验结果能较好地吻合,证明了该模型的可行性。     

建立汽油机燃烧模型的新方法——分形几何

本文介绍了分形几何应用于汽油机燃烧模型的发展概况。国内外研究表明：汽油机燃烧火焰具有分形特性,因此用分形来描述火焰是恰当的。汽油机燃烧火焰的分形尺度大约在０．１３ ｍ ｍ 到几个ｍ ｍ 之间。利用分形建立的汽油机准维燃烧模型对发动机性能进行模拟可以很好地反映燃烧过程。     

建立汽油机燃烧模型的新方法——分形几何

本文介绍了分形几何应用于汽油机燃烧模型的发展概况。国内外研究表明：汽油机燃烧火焰具有分形特性,因此用分形来描述火焰是恰当的,汽油机燃烧火焰的分形尺度大约在０．１３ｍｍ到几个ｍｍ之间,利用分形建立的汽油机准燃烧模型对发动机性能进行模拟可以很好地反映燃烧过程。     

汽油机双焰区准维燃烧分析模型

本文针对具有双火焰区燃烧方式的汽油机射流燃烧过程提出了准维分析模型.本模型不仅可以计算出燃烧放热率,燃气平均温度,NO生成规律,还可提供各火焰区的紊流燃烧速度、紊流传播速度和火焰速比等重要参数.计算结果表明,运用本模型可成功地对双焰区汽油机射流燃烧过程进行多方面的综合研究.     

汽油转子发动机燃烧过程模拟技术研究

建立了汽油转子发动机燃烧过程的数学模型;基于实验数据,考察了往复式汽油机湍流燃烧速率计算经验式在汽油转子发动机中应用的不适用性,并对其进行了修正;将建立的燃烧模型和修正后的湍流燃烧速率计算公式用于预测汽油转子发动机燃烧室内气体压力和平均指示压力,预测与测量结果基本吻合。结果表明：建立的汽油转子发动机燃烧过程数学模型和修正后的湍流燃烧速率计算公式准确,可用于汽油转子发动机性能模拟研究。     

一种建立通用的汽油机燃烧室几何模型的新方法—随机点法

本文运用概率统计的原理，用随机点法建立了一个适用于各种汽油机燃烧室的几何计算模型，可以方便而精确地计算球面火焰在燃烧室的传播过程。从圆筒形燃烧室中火焰传播过程的计算，证实了模型的有效性，运用该计算模型计算了ＣＡ６１０２汽油机燃烧室内火焰传播过程中火焰前锋面积、已燃区体积随火焰传播距离的变化关系。     

利用球面三角建立通用的汽油机燃烧室几何模型

本文利用球面三角学的基本原理,建立了一个适用于各种汽油机燃烧室的几何计算模型,可以精确地计算球面火焰在缸盖凹坑中的传播过程.从立方体燃烧室中火焰传播过程的计算,证实了模型的有效性,并利用该计算模型计算了C A6102汽油机燃烧室内火焰传播过程中火焰面积、已燃区容积随火焰传播距离的变化关系.     

Theoretical investigation of flame propagation process in an SI engine running on gasoline–ethanol blends

Turbulent flame propagation process in a spark-ignition (SI) engine is theoretically investigated. Fueling with gasoline, ethanol and different gasoline–ethanol blends is considered. A quasi-dimensional SI engine cycle model previously developed by the author is used to predict the thermodynamic state of the cylinder charge during the cycle. The flame is assumed to be spherical in shape and centered at the spark plug. Computations are carried out for an automobile SI engine having a disc-shaped combustion chamber, for which the compression ratio and the nominal speed are 9.2 and 5800 rpm, respectively. Geometrical features (flame radius, flame front area and enflamed volume) of the flame, combustion characteristics (mass fraction burned and burn duration), and cylinder pressure and temperature are predicted as a function of the crank angle. Three different positions of the crank angle are studied: −10°, TC and +10°. It was concluded that ethanol addition to gasoline up to 25 vol% accelerated the flame propagation process.     

用于高速汽油机的一种新型燃烧室(Ⅰ)

开发了一种新型燃烧室,解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题.它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流.将它应用在高速汽油机中,可提高混合气的燃烧速率和火焰传播速率,从而全面改善内燃机的性能.实验研究表明,在空燃比和压缩比优化条件下使用该燃烧室,与原机相比发动机的输出功率和转矩分别提高了3.8% 和 1%,燃油消耗率节省19.3%,HC排放降低50%以上.     

用于高速汽油机的一种新型燃烧室（I）

开发了一种新型燃烧室，解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题．它利用在活塞顶面的火花塞的远端和近端处设计的与缸盖形状相吻合的特殊突起，可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流．将它应用在高速汽油机中，可提高混合气的燃烧速率和火焰传播速率，从而全面改善内燃机的性能．实验研究表明，在空燃比和压缩比优化条件下使用该燃烧室，与原机相比发动机的输出功率和转矩分别提高了3．8％和1％，燃油消耗率节省19．3％，HC排放降低50％以上．     

缸内直接喷射式汽油机点火稳定性的数值分析

缸内直接喷射式汽油机的一个显著特点是依靠火花塞点燃喷入缸内的汽油油束。由于缸内混合气浓度极不均匀，所以其点火及火焰传播过程与普通均质燃烧式发动机有很大的不同。火焰核心的稳定形成及初始火焰发展对缸内的整个燃烧过程有极其重要的影响。本文利用二维两相混合模型模拟喷雾过程，利用一个详细的准维模型模拟火花塞的点火过程，并采用特殊处理方法使两个子模型相匹配，计算了缸内直接喷射式汽油机从喷雾到形成稳定火核的全过程，分析了多种因素对点火稳定性的影响，尤其是对涡流比、点火时刻和喷油定时之间的适当配合进行了模拟分析。计算结果对优化实验有明显的指导作用。     

Geometric features of the flame propagation process for an SI engine having dual‐ignition system

Flame front surface area and enflamed volume (the volume enclosed with flame front) is theoretically analysed for a spark‐ignition engine, having cylindrical disc‐shaped combustion chamber with two spark plugs located axisymmetrically on cylinder head, between cylinder axis and cylinder wall. Spherical flame front assumption is used. A computer code is developed based on purely geometric consideration of the flame development process in combustion chamber, and is used to investigate the effects of variations of spark plugs' locations on geometric features of the flame front. A comparison has also been made with a spark‐ignition engine having one spark plug at the same location. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

Understanding ignition processes in spray-guided gasoline engines using high-speed imaging and the extended spark-ignition model SparkCIMM: Part B: Importance of molecular fuel properties in early flame front propagation

Recent high-speed imaging of ignition processes in spray-guided gasoline engines has motivated the development of the physically-based spark channel ignition monitoring model SparkCIMM, which bridges the gap between a detailed spray/vaporization model and a model for fully developed turbulent flame front propagation. Previously, both SparkCIMM and high-speed optical imaging data have shown that, in spray-guided engines, the spark plasma channel is stretched and wrinkled by the local turbulence, excessive stretching results in spark re-strikes, large variations occur in turbulence intensity and local equivalence ratio along the spark channel, and ignition occurs in localized regions along the spark channel (based upon a Karlovitz-number criteria).In this paper, SparkCIMM is enhanced by: (1) an extended flamelet model to predict localized ignition spots along the spark plasma channel, (2) a detailed chemical mechanism for gasoline surrogate oxidation, and (3) a formulation of early flame kernel propagation based on the G-equation theory that includes detailed chemistry and a local enthalpy flamelet model to consider turbulent enthalpy fluctuations. In agreement with new experimental data from broadband spark and hot soot luminosity imaging, the model establishes that ignition prefers to occur in fuel-rich regions along the spark channel. In this highly-turbulent highly-stratified environment, these ignition spots burn as quasi-laminar flame kernels. In this paper, the laminar burning velocities and flame thicknesses of these kernels are calculated along the mean turbulent flame front, using tabulated detailed chemistry flamelets over a wide range of stoichiometry and exhaust gas dilution. The criteria for flame propagation include chemical (cross-over temperature based) and turbulence (Karlovitz-number based) effects. Numerical simulations using ignition models of different physical complexity demonstrate the significance of turbulent mixture fraction and enthalpy fluctuations in the prediction of early flame front propagation. A third paper on SparkCIMM (companion paper to this one) focuses on the importance of molecular fuel properties and flame curvature on early flame propagation and compares computed flame propagation with high speed combustion imaging and computed heat release rates with cylinder pressure analysis.The goals of SparkCIMM development are to (a) enhance our fundamental understanding of ignition and combustion processes in highly-turbulent highly-stratified engine conditions, (b) incorporate that understanding into a physically-based submodel for RANS engine calculations that can be reliably used without modification for a wide range of conditions (i.e., homogeneous or stratified, low or high turbulence, low or high dilution), and (c) provide a submodel that can be incorporated into a future LES model for physically-based modeling of cycle-to-cycle variability in engines.