对置活塞二冲程柴油机换气过程的试验

针对对置活塞二冲程柴油机换气特点和示踪气体法测试原理,提出了示踪气体法在对置活塞二冲程柴油机上的具体试验方法.利用该方法开展了发动机换气过程的试验研究,分析了不同运转工况下进、排气状态参数对发动机换气品质的影响规律.结果表明:进、排气压差对换气品质及捕获空气量有较大的影响,压差越大,扫气效率和捕获空气量越高;当给气比大于1.4以后,压差对扫气效率和捕获空气量的影响趋势逐渐趋于平缓;以发动机稳定运行并兼顾较小的泵气损失为优化目标,给气比宜选取的范围为0.5~1.4.     

对置活塞二冲程汽油机直流扫气系统参数研究

通过进行对置活塞二冲程汽油机直流扫气系统扫气过程的分析,提取了影响扫气过程的关键参数,包括进排气口高度、进排气口圆周率及进气口径向倾角。采用GT-Power软件建立对置活塞二冲程汽油机工作过程一维仿真模型,并通过正交试验设计方法,对进排气口高度和圆周率进行3水平正交试验模拟,优化进排气口流通面积。同时,采用AVL-FIRE软件建立对置活塞二冲程汽油机扫气过程计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真模型,对进气口径向倾角进行优化分析。通过对进排气口高度和圆周率的正交试验分析,得出其对扫气效率和给气比的影响大小和相关系数。研究表明:适当的进气口径向倾角能促进扫气过程中的新鲜充量和废气的分层,但倾角太大导致进气阻力增大,扫气效率降低;当倾角为15°时,扫气效率和捕获率最大。     

配气正时和进气压力对增压内燃机残余废气的影响研究

在KA24柴油发动机的基础上,基于GT-POWER建立发动机的燃烧仿真模型。仿真计算了配气正时和进气压力对增压柴油机内部残余废气量的影响,并分析了对发动机NOx排放、燃油消耗率的影响。结果表明,排气门关闭角和进气门开启角均可对发动机气缸内的EGR率产生影响,EGR量随着进气压力的增加而降低,随着EGR率的增加,有效燃油消耗率则变化不大,或有所波动,而非我们通常认为的一定会增加,但NOx的排放减少。     

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。     

二冲程液压自由活塞发动机换气过程影响因素的仿真研究

利用CONVERGE软件建立了二冲程液压自由活塞发动机换气过程的三维计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真模型，并且基于液压自由活塞发动机的独特结构，研究了气口比时面值、扫气箱压缩比、活塞顶倾角和活塞杆直径对换气过程的影响。结果表明：在未发生废气倒流时，扫气效率主要与扫气比时面值有关，增大扫气比时面值有利于提高扫气效率；捕获率主要与排气比时面值有关，减小排气比时面值有利于增大捕获率；提高扫气箱压缩比有利于提高扫气效率，扫气箱压缩比从1.2增加到2.1，扫气效率提升9.8%；适当增大活塞顶倾角有利于扫气效率和捕获率的提高；减小活塞杆直径有利于提升扫气效率，但同时会导致捕获率下降。     

液压自由活塞发动机直流扫气设计及优化研究

基于气门-气口直流扫气方式的设计及自由活塞本身运行特点设计了液压气门的控制策略,通过试验对气门控制策略进行了验证并获取了缸内压力及活塞运行曲线。将获取的部分试验数据作为三维仿真的边界条件,通过AVL FIRE ENGINE PLUS建立的三维仿真模型探讨了排气门正时、气口高度及扫气压力对给气比、捕获率及扫气效率的影响规律。在此基础之上,提出了一种基于给气比、捕获率及扫气效率的优化函数,优化计算结果表明:当扫气压力ps为0.16MPa、扫气口高度hs为26mm、排气门开启角EVO为48mm时,液压自由活塞发动机最大扫气效率ηs可达到84.7%。     

双对置二冲程增压柴油机变工况扫气研究

建立基于avl_boost的对置二冲程柴油机一维仿真模型,应用简化增压器模型分析了目标发动机性能的增压,得到不同转速下的进排气压力边界。在一维计算数据的基础上,建立avl_fire三维模型,在不同转速下进行扫气过程仿真,对比进排气压差对该柴油机扫气的影响。结果表明,高速时,进排气压差对扫气过程的影响较大,而低速时,压力差对扫气的影响较小,压力差过大或过小都会降低扫气效率。     

压力自适应活塞在船用发动机上的试验与仿真研究

为兼顾发动机低负荷热效率和高负荷爆震倾向,研制了一种适用于高压缩比的压力自适应活塞。采用试验研究方法在发动机台架上测试了压力自适应活塞对发动机性能的影响,在此基础上采用数值模拟的方法建立了发动机工作过程数值计算模型和爆震模型,研究了活塞头部位移和活塞对缸内压力、燃烧循环波动、燃油消耗率的影响及活塞的爆震抑制性能。台架试验和仿真研究结果表明：通过提高压缩比,在负荷较低时,活塞头部无位移或位移较小,缸内压力相较原机有所提升,燃油消耗率相较原机有所降低,如25%负荷工况下的燃油消耗率相较原机降低了6.67 g/（kW·h）;在负荷较高时,活塞头部位移较大,降低了过高的缸内压力和压力升高率,爆震得到有效抑制,峰值压力循环波动系数的最大降幅为1.11%,100%负荷工况下的爆震诱导时间积分相较原机降低了0.19。     

基于欧-Ⅵ柴油机排气热量管理主动控制措施研究

利用发动机台架试验研究了中低负荷稳态工况下进气节流阀、喷油提前角、喷射压力和后喷等排气热量管理主动控制措施对排气温度的影响,并基于欧-Ⅵ排放法规要求的瞬态测试循环(world harmonized transient cycle,WHTC)验证排气温度提升的效果。稳态试验结果表明:与进气节流阀不工作时相比,在进气节流阀开度约15%~20%时排气温度提高了140℃左右,NOx排放减小,PM排放和燃油消耗率均增大;喷油提前角和喷射压力的改变对排气温度影响较小,对NOx排放、PM排放和燃油消耗率影响较大;后喷角度和后喷油量的合理匹配,可以提高排气温度约70℃。WHTC测试循环试验结果表明:排气温度在整个循环内均得到有效提升,怠速工况和低负荷工况提升尤为明显。     

扫气口角度和涡流比对船用柴油机性能的影响

利用Converge软件建立某大缸径低速二冲程船用柴油机的三维数值仿真模型,仿真研究扫气口水平倾角对柴油机性能的影响,并解耦涡流比的单独影响机理。结果表明：扫气口水平倾角过大或过小均导致缸内产生回流区及新鲜空气过早溢出,降低扫气效率;与原机水平倾角为15°时相比,当扫气口水平倾角为10°时,有效燃油消耗率和NO_x排放均降低;在合理范围内增大涡流比可有效改善油气混合均匀性和燃烧过程;与原机涡流比为4.5时相比,涡流比为20.5时燃油消耗率降低5.09%,燃油经济性明显改善;但涡流比过大对燃油消耗率的改善较小,同时导致壁面传热损失较大,因此涡流比应控制在20.5以下。     

增大压缩比对国六柴油机性能的影响

通过理论分析和试验验证,研究增大压缩比对国六增压柴油机不同负荷工况点燃油消耗率的影响规律和对后处理系统性能的影响.结果 表明:增大压缩比可降低柴油机的燃油消耗率;在使用进气节流阀导致进气管压力低于环境压力的情况下,能够提供足够高的缸内压缩压力,但同时会导致排气温度降低,影响颗粒捕集器再生效率.     

顶置气门式二冲程发动机的开发

本文介绍新开发１．３Ｌ４缸顶置气门式二冲程发动机，并从功率、燃油消耗率和排放等方面阐明了二冲程发动机的潜力。燃油直接被喷射到气缸内，然后靠扫气泵对已燃气体进行扫气。我们注意到混合气浓度下降对燃烧的影响。浓度比的最佳化与适度的换气有密切关系，因为高浓度比会引起自发点火和过度的换气损失。     

对置活塞二冲程汽油机燃烧特性试验

通过对置活塞二冲程缸内直喷汽油机进行原理样机燃烧特性试验,研究了对置活塞运动相位差、扫气压力、点火正时和点火方式等对燃烧过程和整机性能的影响规律.对置活塞二冲程汽油机缸内放热规律试验结果与传统汽油机一致,可分为火焰发展期、快速燃烧期和燃烧后期.对置活塞运动相位差过小会导致缸内扫气效率较低、残余废气量较高,不利于燃烧过程的组织;同时,对置活塞相对运动速度过快会导致内止点过后气缸工作容积变化率较大,缸内压力和温度下降较快.对置活塞运动相位差为15°,CA时,可有效改善扫气过程和燃烧组织.随着转速的升高,需要提高扫气压力,在提高扫气效率的同时增加混合气质量,提高燃烧速率.扫气压力为0.12,MPa时可兼顾中、高转速下缸内扫气过程和燃烧组织.对置活塞采用平顶结构时,需要配合双火花塞对置点火且点火提前角为20°,CA,可保证中、高负荷具有最高的指示热效率.     

顶置气门式二冲程发动机的开发

本文介绍新开发１．３Ｌ４缸顶置气门式二冲程发动机，并从功率、燃油消耗率和排放等方面阐明了二冲程发动机的潜力。燃油直接被喷射到气缸内，然后靠扫气泵对已燃气体进行扫气。我们注意到混合气浓度下降对燃烧的影响。浓度比的最佳化与适度的换气有密切关系，因为高浓度比会引起自发点火和过度的换气损失。     

增压汽油机掺烧甲醇裂解气的一维仿真

以增压汽油机为研究对象,利用GT-Power建立汽油机仿真模型,对掺烧甲醇裂解气发动机的动力性和经济性进行仿真分析。结果表明:外特性工况下,随着甲醇裂解气替代比增大,各转速下发动机扭矩与当量燃油消耗率均下降,替代比为30%时,发动机扭矩最大降幅为8.6%,当量燃油消耗率最大降幅为5.5%;转速一定且输出扭矩相同时,掺烧甲醇裂解气可提高发动机的经济性,替代比为30%时,当量燃油消耗率最大降幅为6.1%;裂解气替代比一定,汽油机采用进气增压后外特性工况下的当量燃油消耗率较非增压时有所下降。     

小型二冲程汽油机加装进气谐振器的研究

通过在发动机性能试验台和反拖试验台上的大量试验表明,在小型二冲程汽油机进气管道上并联设计良好的谐振器,可使给气比有较大幅度提高,空燃比特性有明显改善,从而使全负荷低速扭矩增大5％以上;中小负荷下燃油消耗率降低10％以上。尤其在小负荷下,效果更为明显。同时,加装谐振器还可改善工况过渡圆滑性;降低怠速稳定转速;减少积炭;扩大发动机工作范围。本文最后简要介绍了谐振器自振频率、结构参数对进气性能的影响,从而为设计谐振器提供了某些依据。     

基于性能优化的小缸径二冲程低速船用柴油机喷油方式研究

针对小缸径二冲程高压共轨低速船用柴油机,在常用工况75%负荷下,通过台架性能试验和仿真计算研究了燃油标准喷射、预喷射和后喷射等喷射方式对整机燃油消耗和氮氧化物(NO_x)排放的影响。研究结果表明:相对于标准喷油方式,预喷加主喷的燃油喷射方式大幅提高了最高燃烧压力,最高燃烧压力增幅达9.3%,既降低了NO_x排放同时又获得良好的燃油经济性,NO_x排放降低了3.8%,燃油消耗率降低了0.4%。在性能试验的基础上建立仿真计算模型,通过模拟计算研究不同预喷开始角度对整机性能的影响,获得最佳的预喷开始角。     

重型柴油机二级增压系统匹配仿真研究

为了降低重型柴油机的燃油消耗率,采用GT-POWER软件建立仿真模型,在一台单级可变截面涡轮增压器（variable geometry turbocharger, VGT）柴油机上开展了二级增压匹配与增压系统参数优化工作。仿真结果表明,所提出的二级增压系统在匹配点能够以最高效率运行,在全工况都能提供足够的进气流量;完全关闭低压级废气旁通阀,正交优化高压级废气旁通阀开度和米勒循环度,能够进一步降低二级增压发动机的燃油消耗率;降低级间中冷温度能够降低泵气损失,提高增压压力,温度由100℃降至50℃在标定点能够使燃油消耗率降低约3 g/（kW·h）。对二级增压及参数优化工作的燃油消耗率改善效果进行了试验验证,低速工况燃油消耗率整体有所下降,高效点燃油消耗率下降4.1%。     

WD618.42柴油机配气凸轮型线的改进设计

利用BOOST和TYCON软件对WD618.42柴油机及其配气机构建立仿真计算模型,进行了联合计算。对配气相位进行了重新选择,最大凸轮升程和轮廓线函数也进行了优化,提高了充气效率降低了进排气凸轮最大接触应力。通过台架试验结果对比证明,柴油机采用改进后的凸轮型线,燃油消耗率降低了10.7 g/(kW.h),排气温度和最高燃烧压力略有下降。     

排气背压预测及其对发动机性能的影响研究

利用STAR-CCM+软件对某轿车排气背压进行了模拟预测,获取了全速全负荷下的催化器和消声器及其管路的背压;通过发动机台架验证了仿真分析的有效性;通过优化排气结构进一步降低排气背压,对比分析了优化前后排气背压对发动机动力和经济性能的影响。试验结果表明,降低排气背压使发动机额定工况点功率提升约15%,并且燃油消耗率也有一定改善。研究结果对排气系统的设计具有一定的指导意义。