二冲程直喷汽油机混合气形成的数值解析研究

二冲程汽油机具有升功率高、做功密度大、运转平稳、结构简单等优点。文章依据四冲程缸内直喷汽油机结构特点,提出了区别于传统的曲轴箱扫气形式的、具有弯曲活塞顶的壁面引导式二冲程直喷汽油机的分层稀薄燃烧系统,利用纹影实验验证了数值解析计算方法的可行性,使用AVL Fire软件数值模拟了壁面引导式二冲程直喷汽油机在不同负荷工况(4800 r/min)时缸内混合气形成的过程。结果表明:在部分负荷工况时,燃油在压缩过程中后期喷射,接近点火时刻(25°CA BTDC)火花塞电极附近形成了理想的可燃分层混合气构造,燃烧室的整体空燃比可达到40:1;在大负荷工况时,燃油在扫气后期喷射,接近活塞压缩终了气缸内可形成均质可燃混合气,且不造成燃油短路。     

液态LPG中心喷射发动机混合气形成的研究

当液态LPG以5MPa高压直接喷入气缸时,将发生剧烈地闪急沸腾现象,这对于改善壁面引导式燃烧系统的缸内直喷发动机的燃料附壁现象、降低HC排放具有非常积极的作用。在验证了采用的计算方法可行性的基础上,就提出的中心喷射的壁面引导式燃烧室结构,数值解析了电控LPG缸内直喷发动机在不同负荷工况时混合气的形成过程。结果表明:部分负荷时采用压缩过程中后期喷射,15°BTDC时缸内可形成理想的分层构造;大负荷时采用进气中期130°ATDC喷射,在压缩冲程末期可形成均质功率混合气。     

液化石油气直喷发动机混合气形成的解析

利用LPG易蒸发汽化的燃料特性,提出一种使用喷嘴中心布置的屋脊型燃烧室和平顶活塞的LPG直喷发动机均质混合气形成方法.为了验证该方法的可行性,使用CFD工具研究采用该方法时缸内混合气的形成过程,分析燃料喷射起始时刻和负荷对混合气形成过程的影响.结果表明：大负荷时形成的进气滚流和小负荷形成的进气斜涡流在压缩过程末期破碎成小尺度湍流,加速了缸内均质混合气的形成;即使负荷不同,采用进气过程前期（60～80°CA ATDC）喷射,均可在压缩过程接近终了时形成较均匀的可燃混合气.     

液态LPG直喷发动机混合气形成的数值解析

首先数值解析了缸内电控直喷汽油机的混合气形成过程,并且与光学纹影实验结果比较,验证了解析方法的可行性。在此基础上,分别考察了电控LPG直喷发动机曲面活塞顶燃烧室和凹坑型活塞顶燃烧室在部分负荷工况下混合气的形成过程。结果表明:在部分负荷下、压缩行程后期喷射时,由于缸内滚流的作用,两种不同形状活塞顶的燃烧室在接近压缩终了时,缸内混合气都能呈明显分层构造,即在火花塞附近聚集了较浓的混合气,而离火花塞较远处则是较稀的混合气,整个燃烧室的空燃比达到40∶1。     

液态LPG直喷发动机混合气形成的数值解析

首先数值解析了缸内电控直喷汽油机的混合气形成过程,并且与光学纹影实验结果比较,验证了解析方法的可行性.在此基础上,分别考察了电控LPG直喷发动机曲面活塞顶燃烧室和凹坑型活塞顶燃烧室在部分负荷工况下混合气的形成过程.结果表明:在部分负荷下、压缩行程后期喷射时,由于缸内滚流的作用,两种不同形状活塞顶的燃烧室在接近压缩终了时,缸内混合气都能呈明显分层构造,即在火花塞附近聚集了较浓的混合气,而离火花塞较远处则是较稀的混合气,整个燃烧室的空燃比达到40:1.     

缸内直接喷射LPG发动机混合气形成过程模拟

缸内直接喷射发动机具有良好的工作稳定性和负荷特性,可以在部分负荷下实现分层燃烧,大大提升了燃油经济性。其中,组织形成合适的缸内混合气分布是缸内直接喷射发动机稳定工作的关键。本文使用FIRE软件建立了液化石油气(LPG,Liquefied Petroleum Gas)的缸内直接喷射和混合气形成过程的数值模型,解析了液态LPG喷射以后缸内混合气的浓度场,以及LPG-空气在缸内的速度分布。     

喷氢时刻对进气道喷氢发动机混合气形成过程的影响

氢气以清洁燃烧的特点成为理想的发动机代用燃料.为研究不同喷氢时刻下氢发动机混合气形成的过程,应用AVL Fire软件建立进气道燃料喷射氢发动机的三维仿真模型.分析缸内外浓度场、速度场的变化规律,从抑制回火等抑制异常燃烧的角度,综合评价混合气的形成状况.并以混合气均匀性系数、有效喷氢率为指标优化了高速、大负荷工况下进气道喷射氢发动机的喷氢时刻.     

缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。     

双层喷油器锥角对双燃料发动机性能的影响

在一台6缸增压中冷重型柴油引燃天然气发动机上,试验研究了不同喷射参数下,不同规格的双层喷油器对燃烧、排放及经济性的影响。自行设计并加工了两种不同规格喷射锥角的双层喷油器,分别为双层142°锥角(喷油器1)和上层153°、下层119°锥角(喷油器2),分别与喷油时刻(17～31°CA BTDC)、喷油压力(70、140 MPa)相匹配,保持天然气能量替代率为90%,分析了转速为1656 r/min,25%负荷(B25工况)情况下两种喷油器对边界条件变化的敏感程度。结果表明:B25工况下,两喷油器对应的燃烧相位、热效率、排放随喷油时刻的变化规律与随喷油压力的变化规律基本相同;采用喷油器2可以获得更高的热效率和更低的THC排放,同时燃烧相位比喷油器1提前,着火延迟期和燃烧持续期也相对更短,燃烧速度更快;相对于70 MPa的喷油压力,采用140 MPa的喷油压力,仅使最佳喷油时刻延后,对热效率和排放的最优值影响不大。     

液态LPG喷射发动机混合气分层构造的数值模拟

提出了电控液态LPG喷射发动机通过采用前端向内弯曲的进气道和向内呈渐缩形布置的隔板,同时配合使用凹面弯曲活塞顶的结构实现分层稀薄燃烧的方法.使用60%(摩尔比)丙烷和40%(摩尔比)正丁烷的混合气作为LPG燃料,在查找、计算、建立LPG混合气自0K至临界温度的13种物性参数的数据库后,利用Fortran 语言编写了描述LPG的物化特性的自定义函数,导入到通用CFD软件Fire中, 考虑到LPG的闪急沸腾现象,修改了Fire自带的蒸发模型.对发动机部分负荷下的分层混和气形成过程进行了数值模拟,通过缸内速度矢量图和燃料浓度场的分布,分析了缸内滚流和混合气分层构造的形成过程.     

高压直喷天然气发动机HC排放

为了研究直喷天然气发动机碳氢的排放规律和影响因素,以一台电控增压直喷天然气发动机为对象,在不同工况下进行实验测试.为了分析转速、负荷、轨压和燃料喷射时刻对碳氢生成的影响,分别设计3组对比实验,在实验过程中采集示功图和碳氢排放,结合燃烧参数和排放结果分析.试验结果表明:采用过高或者过低的喷射压力均会使碳氢排放增加.在燃料喷射较晚时,碳氢排放随转速的增加而增加,在燃料喷射较早时,低转速下碳氢排放高于中高转速下的碳氢排放;中高转速下,随燃料喷射的提前,碳氢排放总体呈减小趋势,在低转速下,随燃料喷射提前,碳氢排放呈增加小幅增加的趋势.低负荷时碳氢排放明显高于中高负荷时碳氢排放;当中低负荷时,碳氢排放随燃料喷射的提前而降低,当高负荷时,碳氢排放受燃料喷射时刻的影响较小.     

缩口燃烧室中气流特性与燃油喷雾匹配对柴油机燃烧及排放的影响

利用三维数值仿真软件FIRE,对缩口直喷燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷射时刻匹配时对缸内速度场、浓度场和温度场分布特性的影响进行了仿真分析.研究了燃油喷雾与不同燃烧室空间气流特性匹配时的混合气形成特点和燃烧过程,并对混合气形成特点对发动机性能的影响进行了试验研究.结果表明,缩口燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷油正...     

应用推迟点火、废气再循环及过稀混合气降低稀燃甲醇发动机NO_x排放

为降低稀燃时NO_x排放及改善燃油消耗率-NO_x排放"(be-NO_x)"折中关系,以一台基于柴油机改制的进气道喷射点燃式甲醇发动机为试验对象,在1400r/min、4.52kg/h甲醇消耗量工况条件,以及1.5过量空气系数和21°CA BTDC点火提前角的基础上,研究了推迟点火、废气再循环(EGR)及过稀混合气3种策略对稀燃甲醇发动机燃烧和NO_x排放的影响。结果表明:3种策略均能在机内有效净化NO_x排放,实现接近零排放的效果。在相同NO_x排放水平下,与过稀混合气策略相比,EGR策略的燃烧滞后和延长程度有所减弱,循环变动降低,而推迟点火策略的燃烧更为滞后,但燃烧持续期和循环变动减小。对比而言,EGR策略能获得更佳的"be-NO_x"折中关系;推迟点火策略的"be-NO_x"折中性能虽较EGR策略有所降低,但排气温度有所升高,有利于提高样机在低负荷时后处理器的转化效率,从减小排放角度具有一定应用潜力。     

柴油/天然气双燃料发动机油气耦合分层燃烧

针对柴油/天然气反应活性控制压缩点火发动机低负荷热效率低、未燃CH₄和CO排放高等问题，本文提出了一种发动机双进气道双阀燃气独立喷射方法，通过三维CFD仿真，对比研究了双阀燃气喷射比例对缸内油气耦合分层、燃烧以及排放特性的影响规律。结果表明：双阀燃气喷射比例对缸内混合气形成和燃烧过程有重要影响，通过微量柴油分段喷射和调整双阀燃气喷射比例，缸内能够形成高低反应活性燃料的耦合分层，缸压和放热率峰值增加，峰值相位提前，燃烧持续期缩短，未燃CH₄和CO排放总体呈现下降趋势。当双阀中直管燃气喷射比例为80%时，不仅能够提高发动机热效率，并且可以在NO排放不增加的情况下实现CH₄和CO排放的同时降低。     

气口喷射DMM/柴油混合燃料实现HCCI燃烧

为了促进缸内均匀混合气的形成,将不同比例的DMM/柴油混合燃料通过气口喷射,在单缸发动机上实现了具有超低排放特征的HCCI燃烧方式,考察了混合燃料中DMM的比例、冷却EGR率对HCCI燃烧的转速和负荷范围的影响,以及负荷、冷却EGR率和进气温度对HCCI燃烧的影响.研究表明,由于DMM/柴油混合燃料显著改善了燃料的雾化特性,因此混合燃料能够在较宽的转速和负荷范围内实现HCCI燃烧.此外,由于混合燃料含有很高比例的氧份,因此容许采用较大比例的废气再循环,并且因为冷却的废气再循环推迟了HCCI的着火时刻.通过燃料改性结合外部废气再循环在较大范围内实现了HCCI燃烧.     

柴油喷射时刻及汽油比例对均质混合气引燃模式排放性能的影响

在均质混合气引燃模式下,研究了不同汽油比例和柴油喷射时刻对燃烧、常规气体和微粒的影响.发动机转速设定为1600 r/min,设定循环喷油量总热值为原机50％负荷工况喷油总热值,设定汽油比例为65％、70％、75％,柴油主喷时刻为-10℃A、-5℃A以及0℃A.结果 表明:在本次试验的最优策略下扭矩提升5％,NOx比排放...     

液态LPG喷射发动机混合气分层构造的数值模拟

提出了电控液态LPG喷射发动机通过采用前端向内弯曲的进气道和向内呈渐缩形布置的隔板,同时配合使用凹面弯曲活塞顶的结构实现分层稀薄燃烧的方法。使用60％（摩尔比）丙烷和40％（摩尔比）正丁烷的混合气作为LPG燃料,在查找、计算、建立LPG混合气自0K至临界温度的13种物性参数的数据库后,利用Fortran语言编写了描述LPG的物化特性的自定义函数,导人到通用CFD软件Fire中,考虑到LPG的闪急沸腾现象,修改了Fire自带的蒸发模型。对发动机部分负荷下的分层混和气形成过程进行了数值模拟,通过缸内速度矢量图和燃料浓度场的分布,分析了缸内滚流和混合气分层构造的形成过程。     

电控共轨柴油机预喷射对排放性能的仿真研究

描述了柴油机燃烧过程中NOx和碳烟的生成机理,利用发动机仿真软件搭建了某款电控共轨式柴油机预喷射的仿真模型.分析研究了不同预喷射量、不同预喷射与主喷射间隔等因素对NOx和碳烟的影响,最终确定了预喷射量4%,预-主喷间隔角4°CA作为改善该电控共轨柴油机在2 600 r/min工况下的最优预喷射方案;仿真计算对优化电控柴油机预喷射和降低排放具有指导意义.     

GDI发动机活塞的停止过程特性

基于发动机动力学理论,建立发动机停止过程中活塞的动力学模型,推导出停油熄火后缸内气体力矩以及曲轴输出力矩的计算公式.以三菱公司的4G15GDI发动机为例进行了仿真计算和台架实验,详细分析了发动机停止过程的缸内气体力矩和曲轴输出力矩特性、曲轴速度特性及活塞停止位置概率分布.仿真和实验结果显示:停机过程的缸内气体力矩和曲轴输出力矩变化过程是周期衰减过程,经过1.28 s转速由2000 r/s降至0 r/s.活塞自由停止位置约90%分布在上止点前60°~80°CA.     

气体燃料船用主机工作过程三维数值模拟

为了实现高效稀燃,纯气体燃料船用主机需要采取预混合气的"分区控制、湍流激扰"来保证可靠点火和快速火焰传播。设计了某型号气体燃料船用主机的燃烧系统。应用三维CFD软件对其工作过程进行了数值模拟分析,研究了缸内流场变化、燃料-空气混合过程、点火和火焰传播过程,分析了预燃室内燃料加策略。研究为主机的燃烧系统设计和加浓喷射策略设计提供了初始数据支撑。研究结果表明:在点火时刻,主机预燃室内形成了当量比为1.05的稍浓混合气,有利于稳定点火和火焰快速传播;点火后,经由预燃室喷孔喷出的引燃火焰在主燃室内迅速扩展,在50°CA内即完成主燃烧。