汽油机爆震边缘检测的研究

汽油机爆震的难点是爆震边缘点检测,爆震边缘点是汽油机点火闭环控制的前提。研究了利用振动信号检测汽油机爆震边缘的方法。研究表明,利用离散小波变换能够有效地从振动信号中检测出爆震边缘特征,而且利用一只振动传感器即可以有效地检测出多缸汽油机各缸的爆震边缘。     

脉冲爆震发动机模型机爆震室壁温分布试验研究

利用TVS2000-MKⅡ热成像仪,在脉冲爆震发动机原理性试验模型上,对爆震燃烧室在多循环工作状态下的外壁面温度分布进行了实验研究。发现爆震室外壁面温度分布呈现从前到后逐渐升高的趋势,距推力壁近的区域上升斜率大,距推力壁远的区域上升斜率趋缓,并在爆燃转变为爆震后的区域内温度梯度较小,壁温分布热平衡时间随爆震频率的升高而减小,且基本上呈线性关系。同一轴向位置处,壁温随爆震频率的升高而升高,并呈线性关系,同一爆震频率下,不同轴向位置处,壁温随时间的变化规律基本相同。     

基于分形的汽油机爆震边缘检测

汽油机爆震边缘检测是汽油机点火闭环控制的前提,也是爆震检测的难点。提出了一种利用分形几何检测汽油机爆震边缘的方法。研究表明,分形维数在爆震边缘附近变化明显,可以作为爆震强度指标判别爆震边缘。利用分形维数不仅能够自缸压信号巾有效检测出爆震边缘,而且能够自振动信号中有效检测出爆震边缘。由于分形维数本身可以作为爆震强度指标,因此分形维数兼具爆震检测和爆震强度判别两种功能。     

高增压汽油机爆震的可视化研究

基于一台单缸可视化汽油机研究了缸内的爆震现象。通过调节发动机运行参数及运用高速摄影技术,在更大的观测视角内拍摄了缸内不同强度爆震的火焰发展过程。试验所记录的图像信息结合缸内压力数据,为爆震形成的原因及强烈爆震中大幅度压力振荡波的产生提供了分析依据。研究发现:末端气体自燃引起的轻微爆震与强烈爆震的压力振荡和火焰图像明显不同;爆震自燃点的发展模式影响了缸内压力波的震动幅度,诱发强烈爆震的自燃点接近缸壁区域,但并非壁面点火。自燃点可形成自燃反应锋面的扩散,其传播路径受到主火焰与缸壁的限制。     

基于光纤测试的汽油机爆震预防和位置验证

为了验证快速燃烧技术抗爆措施在汽油机上的综合效果，以及获取燃烧系统进一步优化的方向，利用光纤测试技术和传统测试手段，通过统计分析，在增压直喷汽油机上进行爆震测试、爆震位置识别以及爆震强度与爆震位置相关性研究．结果表明：刻意提前点火角诱发爆震可获得发动机的抗爆潜力，通过外特性进/排气侧爆震特征分析和缸间爆震特征对比，发现在研发动机的爆震位置以进气侧为主．在爆震强度最高的循环和爆震峰值(KPPK)排名前5的循环中，进气侧发生高强度爆震的概率高达69.7%和64.5%，该结果与爆震仿真趋势预测结果相一致，此方法可预测爆震和验证爆震位置，为发动机性能的进一步升级提供方向．     

应用直接耦合法模拟计算气缸盖、机体温度场

使用CFD软件建立了气缸盖、机体和冷却水套组成的耦合模型,采用直接耦合法计算了某3缸汽油机气缸盖、机体温度场。计算结果显示:气缸盖最高温度为223.8℃;气缸盖各缸燃烧室壁面温度分布不同,其中第3缸燃烧室壁面温度较低;机体最高温度为283.8℃,出现在第2缸、第3缸之间的连接处。且计算值与测量值吻合较好,最大误差为7.64%,这反映了直接耦合法在气缸盖、机体温度场数值模拟中有足够的精度。     

能量密度和壁面温度对爆震影响的试验研究

基于一台快速压缩机(RCM)试验平台开展了能量密度和壁面温度及其相互作用对异辛烷/空气和正庚烷/空气混合气爆震强度的影响。研究结果发现:随着能量密度和壁面温度的提高,两种燃料的爆震强度均显著提高。对于异辛烷/空气混合气,能量密度对爆震强度的影响随着壁面温度的升高显著增强,且壁面温度对爆震强度的影响也随着能量密度的升高而显著增强。而正庚烷/空气混合气基本不存在上述关系,其爆震强度一直处于较高水平。这说明能量密度和壁面温度对不同反应活性燃料爆震强度影响规律有所差异。     

燃烧系统结构对中载汽油机爆震边界内燃烧的影响

针对中载汽油机,设计开发了4种进气道和燃烧室的匹配方案,通过数值模拟的方法研究了不同燃烧系统结构对缸内宏观流场、湍流场及爆震边界内燃烧的影响。结果表明:进气道和燃烧室结构对缸内宏观流场及湍流场演化有显著影响。初期火焰传播速度主要由火花塞周围气流的平均速度决定,而主燃烧阶段的燃烧速度与该区域的湍动能大小成正比。双切向进气道匹配中置倒楔形燃烧室能够同时提高湍流强度及气流速度,从而有效缩短滞燃期及燃烧持续期,但其爆震倾向严重。采用复合进气道匹配中置倒楔形燃烧室的方案可显著抑制爆震,提前点火时刻,燃烧速度较快,可明显降低燃烧损失,提升中载汽油机的性能。     

时域缸压信号爆震识别及强度评价的动态窗口域方法

针对时基缸压信号的爆震检测,引入爆震能量相对标识参数ΔE_I表征高通爆震信号在爆震窗口和参考窗口内的累积积分能量之差.随机选取若干爆震事件和非爆震事件,计算各事件的ΔE_I和爆震因子K_F随窗口宽度的变化.计算结果表明:爆震事件的ΔE_I随窗口宽度的增加而逐渐增大,但当窗口宽度增加到一定程度时,ΔE_I会达到最大并基本保持恒定;据此现象进行爆震窗口域的动态判定,可准确识别爆震发生和合理评价不同工况下的爆震强度.分别采用西门子VDO角基算法和时基动态窗口域方法对表征各种爆震倾向的154FMI、156FMI和171FMI小型高速汽油机进行了爆震检测.测试结果表明:基于两种方法的爆震识别和强度评价具有良好的一致性.     

离子电流法爆震强度信号的评价分析

提供了一种无需使用传感器即可实现汽油发动机爆震测量的离子电流法。通过在火花塞电极两端加偏置电压的方法,在DA462－A型4缸汽油机的台架试验中,成功地检测出汽油机在不同爆震强度时的离子电汉信号,并根据离子电汉信号的特征选用了4种爆震强度评价指标,经分析计算表明各工况爆震强度的合理递进顺序,由此证明了火花塞离子电流爆震信号可以用于爆震强度的评价分析,作为汽油机爆震电控的反馈信号。     

活塞头部形貌对汽油机爆震敏感性影响研究

基于台架试验和完整工作循环数值模拟,开展了汽油机活塞头部形貌特征对爆震的敏感性研究。以台架试验数据为基准校正了汽油机性能仿真模型,通过开展压缩比为9~16区间的外特性仿真模拟,得出压缩比为12时外特性最优。在压缩比为12的3 500r/min全负荷工况,采用化学反应动力学离子分析法,通过数值模拟分析3类基于活塞头部形貌方案的燃烧室,得出具有点火驻涡区域、气门避障区域、驻涡与避障区域之间的连通区域、后部连通区域的SABCD方案抗爆性最优,并指出活塞头部形貌特征中的连通区域对爆震敏感性具有显著影响。通过对方案SABCD的连通区域关键参数进行优化得出,当区域连通宽度和连通台阶高度均为4mm时爆震敏感性最低。研究结果表明,通过对活塞头部形貌特征的合理设计,能实现提升汽油机压缩比的同时有效抑制燃烧室对爆震的敏感性。     

旋转爆震涡喷组合发动机设计点计算模型研究

提出了一种旋转爆震涡喷组合发动机构型,并基于GSP计算平台针对该组合发动机搭建了总体性能 分析模型,针对爆震燃烧模块建立了气动热力学等效计算模型,重点进行了发动机设计点循环参数选择和性 能敏感度分析计算。根据建立的模型,研究并分析了不同设计点的选择对组合发动机循环参数选择的影响, 获得了爆震燃烧室出口温度的变化以及从涡轮机引气给爆震燃烧室的最佳引气比例（文中定义为分流比）对 组合发动机性能的影响规律。结果表明：可满足该组合发动机性能需求的最优设计点涡轮前温度和压气机 压比分别为1 173 K和6.5;组合发动机推力性能随爆震燃烧室出口温度升高而提高,燃油经济性随爆震燃烧 室出口温度升高而降低;控制其他变量不变,发动机推力随分流比增大而增大,耗油率随分流比增大而升高; 在H=15 km、Ma =2的巡航状态点,组合发动机推力最大时对应的分流比为0.45。     

进气道喷水对汽油机爆震和缸内燃烧过程影响的仿真分析

以一台1.5 L气道喷射汽油机为研究对象,根据汽油机台架试验结果与喷水器喷雾特性,利用AVL FIRE软件建立了进气道喷水汽油机三维模型,仿真分析了水雾的发展过程与分布状态,研究了4组喷水量对汽油机爆震和缸内燃烧过程的影响规律。结果表明,水雾发展至气门附近即被蒸发,仅有少量水雾以液态形式进入缸内。随喷水量增加,爆震指数降低,降幅达33.70%,缸内温度与压力曲线逐渐向后、向下移动。喷水量为13.186 mg时缸温峰值与不喷水相比下降20.27 K,缸压峰值降低0.48 MPa。缸内进水量低于喷油量的5%时,水雾对爆震和缸内燃烧过程影响微弱。喷水对速燃期影响效果更显著。随喷水量增加,火焰传播速度降低,速燃期延长,累积放热率曲线后移,总燃烧持续期共延长2.5°曲轴转角。     

某汽油机气缸盖热负荷分析

使用CFD软件通过建立的气缸盖、机体和冷却水套组成的耦合模型,采用直接流热耦合方法计算了某四气门汽油机气缸盖温度场。计算结果显示:气缸盖最高温度为234.1℃;气缸盖各缸燃烧室壁面温度分布不同,其中三缸燃烧室壁面温度较低。以此温度场为载荷,使用FEA软件计算了气缸盖热应力和热变形,结果表明,在只有热负荷作用时,气缸盖水孔附近存在着较大拉应力,最大值为90.0MPa;气缸盖最大热变形出现在各缸之间连接处,其值为0.386mm。     

简化自燃模型在发动机爆震预测中的应用

提出一种用于汽油机爆震预测的简化自燃模型,该模型由１３ 种成分、２０ 个反应组成。首先在快速压缩机上对模型进行验证,考察模型对反应参数的敏感性,然后将其并入准维湍流燃烧模型中进行爆震预测,预测通过改变发动机的压缩比实现。在提高实际压缩比以后预测到爆震的发生。计算还表明爆震不仅与压缩机比还与燃烧室结构有关。     

稀薄燃烧汽油机爆震特性

研究目的是确定稀薄燃烧对于汽油机爆震倾向的影响,为稀燃发动机中增压的应用提供参考依据.试验在一台模拟增压的汽油机上进行,试验时通过改变燃料的辛烷值,直到出现轻微爆震的方法来确定发动机的爆震特性.结果表明,稀薄燃烧对于汽油机爆震的影响,根据关注目标的不同而有所差异:保持进气量不变,汽油机的爆震倾向会随着空燃比的增加而减小;输出功率保持不变,发动机的爆震倾向会随着空燃比的增加而略有增大.因此,为保证稀燃汽油机的动力输出而采用增压进气会使得发动机的爆震倾向增加,应用中需要同时采用其他技术措施抑制爆震的发生.     

米勒循环在小型增压汽油机典型工况的应用研究

针对某3缸增压小型化汽油机,基于一维和三维发动机循环仿真,分别研究了进气门早关(EIVC)和进气门晚关(LIVC)两种米勒循环形式对发动机油耗、爆震及燃烧特性的影响。结果表明:两种米勒循环形式均能有效降低全工况范围的燃油消耗率,平均降幅约为8%。与LIVC相比,低负荷时EIVC具有更大的节气门开度和进气压力,故泵气损失相对较小,具有更好的燃油经济性;而在高负荷区域,EIVC会显著降低缸内滚流和压缩终了时的湍动能,导致燃烧变慢,CA50相比LIVC滞后2.5°曲轴转角,燃油经济性和爆震抑制作用较差。     

增压直喷式汽油机性能与爆震的试验与模拟研究

对某2.0L增压直喷式汽油机的性能与爆震进行了研究,采用双区模型对燃烧过程进行模拟,并进行了试验验证,结果表明:发动机达到了设计指标,试验结果与模拟结果相吻合,性能参数误差在5%之内.进一步采用双区模型结合爆震模型对缸内的爆震情况进行分析,并与试验爆震点进行了校核,结果表明:通过降低中冷后温度可以有效降低缸内的爆震趋势.     

增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验

在增压缸内直喷汽油机上发现了与普通爆震不同的异常燃烧模式——超级爆震,阐述了超级爆震的特征,对比分析了超级爆震与常规爆震和正常燃烧的基本不同．发生超级爆震时,最大爆压达到正常燃烧的2倍以上,并且通过推迟点火角不能抑制超级爆震的发生．在此基础上,初步研究了冷却水温度、进气温度、进气相位和过量空气系数等对超级爆震的影响．试...     

增压直喷汽油机进气歧管喷水技术试验研究

针对1台增压直喷汽油机在低速全负荷工况进行了台架试验,并利用自行搭建的供水系统向发动机进气歧管内喷入一定压力的水量,通过降低缸内燃烧温度抑制爆震强度,最终探究了进气歧管喷水技术对改善燃油经济性和排放的潜力。结果表明:进气歧管喷水的最佳喷水时刻位于进气门打开前后一小段区间内,此时喷水使得同一爆震强度的点火角提前、燃烧相位改善、燃烧持续期延长、排温降低、有效燃油消耗率减小、颗粒物数量(PN)与NOx的排放降低,并且在20%～80%喷水比例范围内,喷水量越大上述影响越显著。