废气稀释和滚流比对汽油机部分负荷燃烧特性的影响

在一台1.8,L汽油机上,研究了部分负荷工况下引入均质废气稀释与提高滚流比对发动机燃油经济性及燃烧特性的影响.其中高滚流比通过进气歧管上的可控翻板实现,并在气道稳流试验台上进行了流动特性试验.结果表明,通过引入废气稀释可以有效改善燃油经济性,燃油消耗率最高可降低18.2%.但过多的废气会使燃烧恶化,带来循环变动升高、总燃烧期延长和燃烧效率下降等问题.将高滚流比与废气稀释相结合,有效弥补废气对燃烧造成的不良影响.滚流比提高后,最大爆发压力与压升率均有明显提升,最高提升幅度分别为24.5%和116.7%,同时循环变动降低.     

高滚流燃烧系统对小型增压汽油机性能的影响

针对一款3缸增压气道喷射汽油机,采用三维仿真与台架试验相结合的方式,研究了中、高滚流比燃烧系统在外特性工况下对缸内燃烧、整机动力性、经济性的影响。结果表明:滚流比数值大小直接影响湍动能峰值出现时刻及湍动能中心位置,进而影响火焰传播及发展;过高滚流比会导致湍动能中心偏心,影响火焰传播。采用中等滚流比的燃烧系统A有利于火核形成及火焰传播,缩短总燃烧持续期,进而提高热效率。在中低转速时,中等滚流燃烧系统A燃烧50%燃料所对应的曲轴转角比高滚流燃烧系统B提前,最多可提前3.4°,指示平均压力循环波动率可维持在3%左右。     

涡流-滚流拓宽汽油机稀燃极限的试验

基于一台4气门直喷汽油机,在部分负荷工况下对比研究了低滚流、高滚流以及涡流-滚流结合(简称涡流-滚流)3种不同的进气形式在废气和进气两种稀释氛围中对燃烧和排放的影响.结果表明:在进气稀释条件下,与稀燃极限λ为1.37的低滚流原机相比,高滚流可将λ拓宽至1.44、燃油消耗率(BSFC)降低10%,涡流-滚流可拓宽极限λ至1.51、BSFC降低12%;在废气稀释条件下,与稀燃极限废气再循环(EGR)率为23%的低滚流原机相比,高滚流可拓宽极限EGR率至27%、BSFC降低5%,涡流-滚流可拓宽极限EGR率至28%以上、BSFC降低8%.排放方面,与原机低滚流无稀释工况相比,高滚流结合稀释燃烧最多分别使NO_x降低69%、CO降低89%和HC升高74%;涡流-滚流结合稀释燃烧最多分别使NO_x降低63%、CO降低87%和HC升高44%.     

汽油机缸内反滚流辅助气道的流动特性

为改善汽油机稀燃性能,开发了一种可形成反滚流运动的辅助气道,进行了流动性能的实验研究．稳流实验台测试结果表明,仅采用辅助气道时,无量纲滚流强度最大为0．39,证实了设计的辅助气道具有较强的反滚流能力,有利于汽油机在部分负荷时实现稀薄燃烧,改善燃油经济性．增加辅助气道后,流量和流量系数比仅采用主气道时增大10％左右,并可以形成较强的斜轴涡流,有利于改善汽油机全负荷运行时的动力性能．     

汽油机气缸内滚流比的预测

本对汽油机缸内滚流强度的预测模型进行了讨论。     

汽油机挤气射流-紊流型燃烧室压缩比优化的试验研究

压缩比是发动机设计的重要参数之一,压缩比的提高能使发动机的动力性能和经济性能均得到改善。国外汽车实用的压缩比一般在８．５～９．０左右,相比之下国产汽油机压缩比仍然较低。由于受到爆燃的限制,现代汽油机压缩比的提高是建立在提高燃料辛烷值和改进燃烧室设计的基础上,当燃料辛烷值一定时,提高火焰传播速率、组织稀燃是防止爆燃、提高压缩比的有效途径。对于以紧凑、高紊流、加快燃烧速度、组织稀薄气体燃烧为设计目的的挤气射流—紊流型燃烧室而言,其抗爆燃能力如何,是否具有推广应用价值,都有必要通过压缩比优化试验进行验…     

富氧燃烧对汽油机性能指标的影响

以汽油机为对象,研究富氧燃烧对其指示功率、机械效率、油耗等性能指标的影响。同时考虑制氧能耗,分析汽油机富氧燃烧时的总能耗。结果表明,汽油机采用富氧燃烧可以增加指示功率,富氧1％,指示功率增长率增加4．8％;富氧燃烧可以降低汽油机油耗,增加机械效率,且设计机械效率越低,油耗降低超显著,机械效率增国幅度越大;制氧能耗对汽油机富气燃烧的总以耗有直接影响,对于给定的制氧能耗,存在相应的临界设计机械效率。得到了临界设计机械效率与制氧能耗的关系式：η0＝0．8＋0．12eNr－0．35／0．373。     

汽油机PIV稳态进气试验及滚流比计算

针对某3缸汽油机,搭建了粒子图像测速(PIV)可视化试验测试系统,并进行缸内流场测量。研究了通过不同流场切面进行滚流比计算的试验方法,并进行了试验与仿真结果的对比。研究结果表明:基于2D3CPIV试验测得的缸内横切面速度场与AVL FIRE软件仿真数据具有较好的一致性,试验与仿真计算的流量系数与滚流比随气门升程的变化趋势吻合,误差在合理范围内。通过2D2C PIV可以测得缸内不同切面的速度场来表征缸内三维的流场变化,其中气门轴对称切面很好地表征了滚流的运动状态,此外,通过一系列PIV测量得出的等间距轴向切面与旋转轴向切面可以拟合横切面的速度场,其速度分布与梯度变化趋势与2D3C测得的速度场相同,但测得滚流比计算值偏小。     

二冲程汽油机扫气性能测试方法与试验结果的分析

本文描述了几种二冲程汽油机扫气性能的测试方法。在此基础上，对高速二冲程汽油机进行了试验并对其扫气性能进行了分析讨论。     

汽油机燃烧沉积物对发动机性能影响的研究

本介绍了作在一台４９２Ｑ型汽油机上进行燃烧沉积物对发动机性能影响的研究结果，发现燃烧沉积物导致发动机压缩比提高，废气排放中ＮＯｘ、ＨＣ排放增多并导致发动机充气效率下降，此外还分析了燃烧沉积物影响发动机性能的主要原因。     

二冲程汽油机扫气性能测试方法与试验结果的分析

本文描述了几种二冲程汽油机扫气性能的测试方法。在此基础上，对高速二冲程汽油机进行了试验并对其扫气性能进行了分析讨论。     

滚流比对缸内直喷汽油机燃烧速度的影响研究

滚流比会影响缸内直喷汽油机的混合过程,从而影响缸内燃烧。利用2种具有不同滚流比的单缸机缸盖,在汽油光学单缸机平台上开展了不同转速和负荷的试验研究,探究滚流比对滞燃期、碳烟排放与燃烧循环稳定性的影响。试验结果表明,提高滚流比能够减小喷雾宽度和喷雾锥角,提高火焰扩散速度。提高滚流强度能显著缩短发动机的滞燃期,推迟喷油正时,能够加强高滚流对滞燃期的缩短程度。对于不同的滚流比,从点火到火焰向单侧传播20 mm的时间与燃烧滞燃期息息相关。喷油正时较早时,低滚流比会引起燃烧循环波动增加、碳烟排放增加;但高滚流比不会引起燃烧循环波动和碳烟排放的严重恶化。因此,提高滚流强度能拓展最佳喷油正时。     

CA1102汽油机挤气射流燃烧室研究

对ＣＡ１１０２单缸汽油机原楔形燃烧室进行了改进研究,使燃烧室内在压缩过程中产生挤气射流。实验表明：挤气射流对提高燃烧速率,缩短燃烧持续期,改善放热规律有明显的作用,且在一定程度上降低了废气排放。     

汽油机高原燃烧和排放性能的试验研究

对伊兰特1.6 L汽油机燃烧和排放性能在北京(海拔52 m)和在西宁(海拔2 261 m)进行了对比试验,与北京相比,西宁汽油机的指示平均压力下降39.5％,平均燃油消耗率上升18.95％,CO的平均排放量上升16.8倍.HC的平均排放下降7.7倍,NOx的平均排放量下降44.2％.     

高能点火及滚流强化对直喷汽油机稀燃的影响

为了清晰地观察缸内的状态,采用配备光学玻璃缸套的单缸发动机．粒子图像测速技术(PIV)用于对进气道高滚流改造进行量化评价,相比原始进气道,滚流比为原来的1.67倍．点火能量从65 m J增加到300 m J,在无油喷射状态下,高能点火的电弧更长,但长电弧有被短路的可能．长电弧持续时间更长,峰值面积约为普通点火的4倍．研究了点火能量和滚流强度在不同过量空气系数下对燃烧稳定性、稀燃极限和燃烧过程的影响．结果表明：高能点火能使稀燃极限的过量空气系数扩大0.2,而高滚流能使燃烧循环变动降低50%．在微观层面上,火焰变动存在显著差异．高能点火较大的火焰变动有助于初始火核的形成和火焰的传播．累积放热时刻(MFB 50-90)这段时间内稳定的火焰对整体燃烧稳定性起主导作用,是高能点火能扩大稀燃极限的重要原因．     

进气道生产一致性对汽油机性能影响及设计优化

采用AVL TIPPLEMAN气道稳态试验台对某现生产气道喷射汽油机缸盖气道性能进行批量测试,结果显示该发动机缸盖气道生产一致性较差。选择了其中高中低3种滚流水平缸盖进行发动机性能试验。试验发现,生产偏差造成的滚流差异对性能有较大的影响,低滚流气道有利于该发动机外特性提升。为此进行了进气道性能鲁棒性CFD模拟分析,研究了气道偏移对气道性能的影响,并通过优化气道局部结构,显著改善了缸盖气道性能设计鲁棒性,优化后气道滚流对气道偏移的敏感度降低了50%,并进行了气道试验验证和发动机性能试验。     

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力,通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验,对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律．结果表明：稀释燃烧延长了燃烧持续期,降低了有效燃油消耗率(BSFC),减少了发动机传热损失,并降低了CO排放,稀释方式不同会导致HC和NO_x排放随稀释率的变化规律不同,但在高稀释率下,相比无稀释燃烧,HC排放升高,NO_x排放降低;相较于EGR,空气稀释对燃烧的抑制更弱,稀释边界更宽,BSFC降低效果更好,CO与HC排放显著更低,未燃损失更低,NO_x排放更高,且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在,但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高,这与排气损失更低有关,此时相较原机,BSFC降低了5.7%,NO_x降低了33%,均比φa为1.40时的降幅更大,证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力．     

提升乘用车汽油机燃烧系统性能的研究

应用稳态CFD数值分析和气道稳流试验方法对某乘用车汽油机的原气道和改进气道进行了分析。计算和试验均表明:改进的进气道比原进气道流量系数降低14%,但滚流比提高56%;改进的排气道流量系数比原排气道提高10%。燃烧室也进行了减小最远火焰传播距离和降低面容比的改进。基于改进前后的燃烧系统进行了进气和压缩两冲程的瞬态CFD分析,结果表明:改进后的燃烧系统在缸内能形成更规则的大尺度漩涡,而且缸内瞬态滚流比更高,湍动能也高于原燃烧系统。最后通过试验进行了验证,结果表明:在外特性上,改进燃烧系统的点火提前角比原燃烧系统在中低速提前3～5°CA,高速时基本一致。改进燃烧系统的中低速扭矩比原燃烧系统提高4%～10%,部分负荷燃油消耗率降低5%～9%,高速时两者差别不大。     

喷油定时对ＣＡ１１０２Ｑ５气门汽油机稀薄燃烧性能影响的试验研究

对ＣＡ１１０２Ｑ５气门汽油机采用稀薄燃烧时喷油定时对燃烧稳定性以及油耗、经济性的影响进行了细致的试验研究。试验结果表明,对于２种不同的进气模式,在部分负荷下采用稀燃时,喷油定时对二进气模式燃烧稳定性的影响比三进气模式大;在发动机燃用稀薄混合气时,喷油定时对排放和经济性的影响较为明显。