对置活塞二冲程汽油机多点点火燃烧特性研究

由于取消了气缸盖,对置活塞二冲程(OP2S)汽油机的火花塞只能布置于气缸侧壁。因此在单火花塞点火时,缸内火焰传播不对称,导致OP2S汽油机具有较明显的爆震倾向。为了有效地抑制爆震的发生,利用三维CFD软件对OP2S直喷汽油机在不同火花塞数目下缸内的燃烧过程进行了数值仿真,并结合试验研究了火花塞数目对混合气燃烧特性的影响,分析了不同火花塞数目对缸内燃烧压力、燃烧持续期及燃烧放热率的影响规律。研究结果表明,增加火花塞数量可以有效改善缸内的燃烧情况,而对侧布置双火花塞的布置形式为最佳方案。     

发动机单双火花塞点火性能对比研究

在一台传统的四冲程摩托车发动机上进行了单火花塞和双火花塞点火性能的试验研究,通过对两种点火情况下压力传感器采集的气缸燃烧压力信号的比较分析。结果表明,采用双火花塞点火不但有利于发动机动力性能的提高,而且使发动机的循环变动率大大降低,明显改善了发动机的性能。     

基于高压直喷航空煤油点燃式发动机燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点然式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP-3)为基础燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、4冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了单双点火、不同负荷、压缩比、喷射压力、喷射时刻和两次喷射策略下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在原机压缩比为10的条件下,将直喷汽油改为直喷航空煤油后,由于航空煤油的抗爆性差、雾化困难、燃烧速率慢等理化特性,发动机的动力性损失约50.0%,油耗增加约60.0%,循环波动也大幅增加;相比于单点火,双点火可使缸内平均有效压力提高,燃烧相位提前,循环波动降低;为了抑制高压缩比下的爆震倾向,可通过降低压缩比来拓宽负荷范围,恢复原机功率。随着压缩比的降低,有效平均压力(BMEP)持续增大,当压缩比为6时,最大转矩可达39.5N·m,功率恢复至原机的88.0%。同时耦合高压及两次喷射策略,随着喷射压力的增大,有效燃油消耗率(BSFC)减小约30.0%,经济性有所提高。相比于单次喷射,采用两次喷射策略可降低油耗,提升缸内有效平均压力,提升燃烧效率,最终可实现发动机燃用航空煤油的性能接近原机水平,最大负荷达原机的90.0%且油耗增加量不超过15.0%。     

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。     

活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制研究

本文基于一台压缩比可变的单缸热力学发动机,使用自主开发的空气辅助喷射系统,在全负荷条件下,开展了活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制的试验研究。探究了采用双点火、降低压缩比以及使用CO2辅助喷射对航空煤油发动机的性能及爆震抑制的影响研究。结果表明,采用双点火可以有效提高航空煤油火焰传播速率,提高燃烧相位,降低循环波动,并且有抑制爆震的作用;通过降低压缩比有效实现了爆震抑制,解决在较高压缩比下航空煤油发动机只能运行在小负荷区间的难题,压缩比降至6,发动机实现全负荷运行,动力性、经济性较好,且不易发生爆震;采用CO2辅助航空煤油喷射时,随着CO2脉宽的增加,同一点火时刻下,发动机的动力性经济性下降,但由于CO2的抑制爆震的作用,MBT点火时刻最大可提前至14 °CA BTDC,使得燃烧相位提前,发动机燃烧效率提高。     

点火方式对汽油机燃烧过程的影响

通过基本结构的微小变动,将单火花塞点火(single spark ignition,SSI)改造成双火花塞点火(dual spark ignition,DSI),运用三维仿真软件AVL FIRE模拟仿真,并通过试验验证。再对单火花塞点火、双火花塞同步点火(dual synchronous spark ignition,DSSI)、异步点火(dual asynchronous spark ignition,DASI)3种不同的点火方式进行对比。结果表明:在6500 r/min转速全负荷状态下,空气过量系数为1.00而其他参数调整为最佳时,单火花塞的最佳点火提前角为29°,在空气过量系数为1.15的最佳参数下,双火花塞同步点火的最佳点火提前角为22°,双火花塞异步点火的最佳点火提前角为22°和24°。其中,发动机综合性能在双火花塞异步点火条件下表现最好:相对于单火花塞点火指示功提升8.49%;相对于同步点火,可将最高燃烧压力和压缩负功减小,指示功提升3.60%;同时改善了排放性。上述研究中发动机均控制在未发生爆震情况下。     

无节气门汽油机燃烧循环变动特性试验

一种全可变液压气门机构(FHVVS)可实现气门升程和开启持续期的连续可变,采用进气门早关的方式可取代节气门实现无节气门负荷控制方式.通过试验测量缸内压力,发现无节气门汽油机在小负荷工况下的燃烧循环变动明显增大,燃烧速率显著降低.通过增大点火提前角,使燃烧重心(CA 50)调整至5°~10°,CA ATDC的推荐位置,却导致出现失火循环.探讨了通过组织进气涡流和增大点火能量的方式改善燃烧性能,结果表明:螺旋进气门能够在小升程时产生较强的进气涡流,显著改善了无节气门汽油机在小负荷工况下的燃烧循环变动和失火循环,提高了指示热效率;增大点火能量对改善燃烧循环变动也有一定作用.     

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。     

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。     

火花助燃CAI混合燃烧控制

针对汽油机CAI燃烧面临的主要难点--着火时刻控制、运行工况范围狭窄及燃烧模式转换问题,在CAI发动机运行负荷上边界采用火花助燃的方法,可灵活控制CAI发动机在负荷上限运行时的燃烧相位,抑制大负荷时CAI燃烧所遇到的爆震和小负荷时的燃烧不稳,可以拓展CAI运行的工况范围.点火时刻、缸内残余废气率和有效压缩比都对火花助燃CAI燃烧过程有重要的影响.通过对缸内残余废气快速管理,可以有效控制SI和CAI燃烧所占的比例.     

活塞形状对直喷汽油机工作影响的数值模拟

通过三维CFD软件AVL-FIRE模拟了直喷汽油机的进气、喷油和燃烧等工作过程,对比并分析了4种活塞形状对混合气形成及燃烧过程的影响.计算结果表明:活塞形状对进气量影响不大;对于缸内正滚流和使用多孔高压喷油器的直喷汽油机,"平顶+凹坑"的活塞顶设计更有利于维持缸内湍流强度,并在点火时刻在火花塞附近形成可供稳定点火的可燃混合气;平滑的活塞顶使点火时刻缸内湍动能更强烈,有利于加速燃烧过程,缸内温度和压力峰值更高,动力性更好;较高的缸内温度和压力会增加NO的产量,但会减少碳烟排放.     

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。     

预燃室射流点火技术对汽油机性能影响的研究

在一款增压直喷小型强化废气涡轮增压汽油机上,进行了加装预燃室与传统点火在低速外特性、中转速负荷特性的燃烧特性、经济性和排放特性对比试验,分析了预燃室火焰射流点火过程与传统点火对汽油机性能影响的规律。研究结果表明,在1500r/min、平均有效压力为2MPa工况,采用预燃室点火后缸内燃烧等容度提高,最高燃烧压力增大,燃烧相位提前7.1°,有效燃油消耗率下降约24g/（kW·h）;在2000r/min负荷特性的试验工况,相比于传统点火,预燃室点火燃烧循环变动均获得改善,燃烧持续期缩短,低负荷时燃烧相位不变而比油耗略微上升,高负荷时燃烧相位大幅提前,比油耗改善约7g/（kW·h）,且最高有效热效率由36.9%上升至37.5%。就气体排放物而言,预燃室点火加速燃烧使NOx排放最高上升约15%,HC排放最多下降约36%,而CO排放低负荷时基本维持不变,在高负荷时略有下降。     

缸内直喷式汽油机废气滞留条件下的燃烧特性

研究了缸内直喷式汽油机废气滞留条件下,负气门重叠角、点火提前角、压缩比及分层混合气对废气滞留燃烧的影响。研究结果表明:GDI发动机在部分负荷时利用废气滞留可减小泵气损失,但使燃烧持续期增长、循环波动增大;负气门重叠角增大导致循环波动增大;适当地提前点火时刻有助于降低循环波动;废气滞留燃烧采用高压缩比会产生点燃触发压燃的组合燃烧方式,可缩短燃烧持续期但使循环波动增大;利用2次喷射策略形成分层混合气有助于降低废气滞留燃烧时的循环波动,缩短滞燃期和燃烧持续期,从而提高循环热效率,第2次喷射比例和时刻对性能产生重要影响。     

不同喷油压力对汽油压燃中高负荷性能试验研究

基于一台改装后的压缩比为17的压燃式单缸发动机,展开不同喷油压力对汽油压燃燃烧模式发动机燃烧特性、爆震特性、效率特性和排放特性的研究,结果表明随着喷油压力的增加,缸内混合气形成速度加快,混合气着火时刻提前,燃烧持续期缩短,热效率呈现出先增大后略微降低的趋势。喷油压力的增加使得发动机爆震趋势增强,为降低最大压力升高率和爆震强度,采用推迟喷油策略,但高喷油压力下缸内燃烧对喷油时刻变得敏感,易产生较大的平均指示压力循环波动或爆震,燃烧控制难度增加。对不同喷油压力下爆震循环的缸压信号进行分析得出喷油压力对爆震频率无明显影响。喷油压力升高会使得未燃碳氢和CO排放降低,但同时也会使得NO_x排放增加。     

乙醇DI/汽油PFI发动机性能与排放特性

基于一台点燃式发动机,对缸内直喷(DI)乙醇和进气道喷射(PFI)汽油的复合喷射方式进行了研究.与传统喷油模式相比,采用乙醇-汽油复合喷射能够提升发动机动力性.随直喷乙醇比例增加,缸内爆发压力升高;受乙醇燃烧速率和缸内冷却效果的综合影响,着火滞燃期和燃烧持续期先缩短后延长.最佳点火时刻下,单一汽油喷射(PFI和GDI)爆震频次超过10%,,发动机发生轻微爆震,而复合喷射乙醇比例超过20%,可消除爆震;随直喷乙醇比例增加,循环波动系数降低,当量燃油消耗率降低,指示热效率提高,复合喷射相对PFI可提高发动机热效率3.8%,;同时,能够有效降低NOx和HC常规气体排放物.通过采用相对较高的缸内直喷乙醇比例,复合喷射能够提高发动机热效率及抑制爆震并降低常规气体排放物.     

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%.     

基于小波包的二甲醚发动机复合燃烧爆震能量分析

为更好地检测判别二甲醚发动机复合燃烧爆震,试验研究复合燃烧中正常燃烧和爆震燃烧时缸内压力在各个频带的小波包能量分布,确定爆震燃烧时缸内压力的敏感频带,分析不同平均有效压力、不同发动机循环爆震燃烧时缸内压力在各个频带的小波包能量和能量熵分布。结果表明：正常燃烧时,缸内压力升高,加速度的波动幅值和各频带的小波包能量均很小;爆震燃烧时,缸内压力升高,速度波动幅值显著增大,波动时刻提前,各频带的小波包能量不同程度增大,爆震敏感频带频率为7.50～8.75 kHz的小波包能量显著增大;爆震燃烧时,不同平均有效压力、不同循环发动机缸内压力各频带的小波包能量、能量熵的分布规律相似,燃烧状态决定了小波包能量分布和能量熵分布,平均有效压力和循环对其分布无影响。     

四气门汽油机低速低负荷燃烧过程的试验研究

在发动机试验台上,用CB-466燃烧分析仪对四气门汽油机低速低负荷燃烧压力循环变动进行了试验研究。试验结果表明,转速不变时,随着负荷的增加,指示热效率逐渐增加,达到最大值后又逐渐减小,最高燃烧压力及其标准偏差和平均指示压力逐渐增加,最高燃烧压力循环变动率和平均指示压力循环变动率则随之减小;中等负荷与小负荷相比,最高燃烧压力循环变动率减少了28.3%,平均指示压力循环变动率减少了47.6%。在负荷不变的条件下,随着转速的增加,指示热效率逐渐增加,低转速时的指示热效率仅为中等转速时的指示热效率的57.4%,最高燃烧压力随之减小,最高燃烧压力循环变动率、平均指示压力及其标准偏差和平均指示压力循环变动率逐渐增加。平均指示压力循环变动率与最高燃烧压力循环变动率相比较小,平均指示压力循环变动率仅为最高燃烧压力循环变动率的37.1%。     

涡流特性对汽油机燃烧压力循环变动的影响

利用所研制的四气门汽油机可变斜轴涡流系统,在稳流气道试验台上研究了该系统产生的涡流特性,并在发动机试验台上利用CB-466燃烧分析仪研究了涡流特性对缸内燃烧压力循环变动的影响.研究结果表明,低转速时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加逐渐减小,涡流比为0.43时的平均指示压力循环变动率最小,与涡流比为0.26时的平均指示压力循环变动率相比减小了8.2%.中等转速时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加而逐渐增加,当涡流比达到0.39时,平均指示压力循环变动率最大,与涡流比为0.26时的平均指示压力循环变动率相比增加了20.5%.低负荷时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加变化较为显著,但随着负荷的增加,变化的幅度逐渐减小.