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。     

氢内燃机燃烧过程的数值模拟

基于三维CFD仿真软件FIRE,建立单缸进气歧管喷射的氢内燃机三维仿真模型,在验证仿真模型的有效性的基础上,重点研究了点火提前角和当量燃空比对氢内燃机燃烧及排放的影响。分析结果表明,推迟点火提前角,缸内最高压力不断增大。提高当量比会使燃烧放热率升高,燃烧持续期缩短,但过大的当量比易发生异常燃烧。延迟点火并配合稀燃技术可以降低NOx排放。     

汽油加氢改善发动机性能的试验研究

在汽油机的燃烧过程中加入部分的氢气进行燃烧，可对发动机的性能改善和废气排放物的降低起到良好的作用。本文就加氢后的汽油过量空气系数，点火提前角的变化，燃烧过程的循环压力变动，发动机的经济性及ＨＣ和ＣＯ排放问题进行了研究。试验结果表明：随着汽油燃烧过程中加氢比例的增大，混合气着火界线加宽。另外，由于氢气的火焰传播速度快，加氢后混合气的着火延迟期缩短，最佳点火提前角减小，燃烧过程的循环压力变动减小，而且     

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%。     

不同点火时刻下天然气掺氢缸内直喷发动机燃烧与排放特性

在缸内直喷火花点火发动机上开展了天然气掺混0％-18％氢气的混合燃料不同点火时刻下的试验研究。结果表明：对于给定的喷射时刻和喷射持续期,点火时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响,喷射结束时刻与点火时刻的间隔对直喷天然气发动机极为重要,喷射结束时刻与点火时刻的间隔缩短时,混合气分层程度高,燃烧速率快,热效率高。最大放热率等燃烧特征参数随点火时刻的提前而增加。HC排放随点火时刻的提前而下降,CO2和NOx排放随点火时刻的提前而增加,NOx排放的增加在大点火提前角下更明显。掺氢可降低HC排放,对CO和CO2排放影响不大。掺氢量大于10％时可提高天然气发动机热效率。     

基于缸内分段直喷和负气门重叠角汽油机的HCCI燃烧

利用发动机热力循环软件BOC9ST耦合嵌入详细化学反应动力学机理的CHEMKIN代码建立了GDI-HCCI 发动机燃烧数值模型,对缸内直喷汽油机采用分段燃油喷射配合负气门重叠角控制缸内混合气化学组分、混合气浓度及温度历程的策略进行了实验验证及模拟分析．结果显示,加大负气门重叠角以及在此期间喷油可以产生燃油改质效果,缸内温度升高,使HCCI着火更容易控制．由此在保证NOx排放极低的同时循环波动明显减小,负荷稀限拓宽,燃油经济性改善．     

进气门相位对HCCI汽油机燃油分布和燃烧的影响

应用激光诱导荧光技术研究了不同进气门相位和缸内直喷的喷油时刻对压缩末期燃油分布的影响,同时结合热力学单缸机试验分析了其对燃烧的影响.结果表明,压缩过程中推迟燃油喷射时刻在压缩末期形成愈加明显的燃油分层,燃油分布的循环变动明显增大,使燃烧着火时刻提前,燃烧持续期增加,燃烧循环变动增加.进气门相位的调整改变了缸内流动和喷雾的环境条件,推迟进气门相位可以降低压缩末期燃油分布的不均匀度.提前进气门相位使有效压缩比和燃油分布不均匀度增大,从而使燃烧时刻提前,燃烧持续期略有增加.     

基于双直喷策略的低负荷下活性控制压燃燃烧特性的数值研究

采用流体仿真软件CONVERGE开展了基于双直喷策略的低负荷工况下二代生物柴油/汽油活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧模式的数值模拟研究,对比了常规进气道喷射汽油RCCI和双直喷RCCI的燃烧特性,并探讨了双燃料喷射时刻对双直喷RCCI燃烧的影响。结果表明:相比常规进气道喷射汽油RCCI,双直喷RCCI能够有效控制缸内汽油混合气分布,改善不完全燃烧现象;随着汽油直喷时刻的推迟,分层燃烧减弱,燃烧持续期缩短,燃烧效率降低,热效率先减小再增大后又减小,NO_x排放减少而碳烟排放增加;随着二代生物柴油喷射时刻的推迟,分层燃烧加剧,燃烧持续期延长,燃烧效率升高,热效率先增大而后减小,NO_x排放增加而碳烟排放减少。     

利用废气滞留改善缸内直喷汽油机部分负荷性能的研究

废气滞留比传统的废气再循环具有更好的稀释和加热混合气作用,有利于减小汽油机中小负荷泵气损失,降低油耗.在一台缸内直喷汽油机(GDI)上对比研究了部分负荷下利用负阀重叠(NVO)产生废气滞留对于发动机性能的影响.结果表明,利用废气滞留方法可使发动机油耗降低5%～16%,并且随着负荷减小节油效果明显.分析表明,废气滞留可以提高进气歧管压力,明显降低泵气损失;混合气温度提高促进燃烧更完全,使燃烧效率得以提高;但燃烧速度会有一定程度降低,循环波动有所增大;综合作用下使得有效热效率提高.同时,废气滞留作用可降低缸内直喷汽油机HC、CO排放,尤其可显著降低NOx排放达70%以上.     

基于可变气门定时策略的HCCI汽油机试验研究

在电控气口喷射四冲程单缸试验机上,利用特殊设计的小包角配气凸轮,通过负气门重叠角实现了由内部残余废气控制的汽油HCCI燃烧,详细研究了气门定时参数对HCCI燃烧的影响.结果表明,就进排气门定时比较而言,排气门关闭时刻对内部EGR率和负荷的影响更大,而进气门开启时刻对HCCI燃烧的影响相对较小.在进排气门相位对称条件下,随着气门重叠负角的减小,最大压力升高率增加,着火时刻提前,负荷也增大.随着转速的增加,内部EGR率增加,排气温度升高,着火时刻也提前.通过调整气门定时,在不需要进气加热的条件下,可在转速880～4 000 r/min,负荷0.25～0.75 MPa（pIMEP）的范围实现HCCI燃烧.     

Part-load characteristics of direct injection spark ignition engine using exhaust gas trap

Internal exhaust gas recirculation (EGR) is an effective strategy to reduce pumping loss and improve fuel economy using mixture dilution than traditional external EGR. In this paper, the internal EGR was obtained by exhaust gas trap (EGT) using the negative valve overlap (NVO) method. The effects of EGT on the part-load characteristics, including energy conversion, combustion and emission characteristics were studied in a direct injection spark ignition (DISI) engine. The experimental results showed that EGT can save fuel consumption by 5–16% due to reduced pumping loss and improved combustion efficiency, while it also can increase the engine cyclic variation and combustion duration. The engine cyclic variation increases with increasing of the EGT level; this can be overcome by advancing spark timing to stabilize the combustion. The flame propagation and compression combustion occurred simultaneously when high EGT level and high compression ratio were adopted; the combined combustion can reduce combustion duration but increase the engine cyclic variation. The stratified mixture using the two-stage injection strategy can reduce the engine cyclic variation and shorten the combustion duration so as to improve the thermal efficiency. Moreover, the second injection mass ratio and timing take an important effect on the combustion and emission characteristics in DISI engines using EGT strategy.     

Control of homogeneous charge compression ignition combustion in a two-cylinder gasoline direct injection engine with negative valve overlap

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) has challenges in ignition timing control, combustion rate control, and operating range extension. In this paper, HCCI combustion was studied in a two-cylinder gasoline direct injection (GDI) engine with negative valve overlap (NVO). A two-stage gasoline direct injection strategy combined with negative valve overlap was used to control mixture formation and combustion. The gasoline engine could be operated in HCCI combustion mode at a speed range of 800–2 200 r/min and load, indicated mean effective pressure (IMEP) range of 0.1–0.53 MPa. The engine fuel consumption is below 240 g/(kW⁻¹·h⁻¹), and the NO _x emission is below 4 × 10⁻⁵ without soot emission. The effect of different injection strategies on HCCI combustion was studied. The experimental results indicated that the coefficient of variation of the engine cycle decreased by using NVO with two-stage direct injection; the ignition timing and combustion rate could be controlled; and the operational range of HCCI combustion could be extended. Translated from J Tsinghua Univ (Sci & Tech), 2006, 46(5): 720–723 [译自: 清华大学学报]     

高效车用汽油机的技术进步

论述了车用汽油机的应用现状及其节能的潜力。作为基本指导思想,由热力学基本公式分析得到了提高汽油机热效率的途径是提高压缩比、稀薄燃烧以及降低泵气损失,同时指出应提高燃烧等容度以及降低循环波动。介绍了在进气道喷射汽油机上采取的节能技术,如提高压缩比、VVT、米勒循环以及停缸等。回顾并分析了缸内直喷汽油机(GDI)的发展历程与现状,特别分析对比了稀燃GDI与当量比GDI的优劣。最后,介绍了基于GDI发动机进行的HCCI以及HCII燃烧研究,指出分层混合气与SICI组合燃烧方式是在HCCI核心思想上衍生出来的,可以有效拓宽HCCI运行范围。     

分层当量比混合气抑制爆震的燃烧排放特性研究

针对汽油缸内直喷式(GDI)发动机,利用两次喷射策略形成分层当量比混合气抑制爆震的思路进行了研究,着重分析了两次喷射策略中第二次喷射时刻和比例对燃烧、爆震和排放的影响,并对比了分层当量比混合气与传统的推迟点火时刻和加浓混合气抑制爆震方法的燃烧排放特性差异.研究结果表明:分层当量比混合气能够实现抑制爆震的效果,且浓区混合均匀时可减弱分层对燃烧效率和平均指示压力的降低;分层当量比混合气可利用三效催化剂高效地降低HC、CO和NOx的排放;分层混合气会由于混合不均造成碳烟生成,分区均质的分层混合气组织形式将有助于降低分层带来的碳烟排放;分层当量比混合气抑制爆震可减弱推迟点火时刻对负荷的降低;与加浓抑制爆震方法相比,可显著提高燃油经济性并降低排放.     

掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇发动机燃烧和排放的影响

在一台电控共轨发动机上,试验研究了乙醇掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇混合燃料燃烧及排放的影响。结果表明:随乙醇比例的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,最大压力升高率上升。随喷射推迟,滞燃期延长,燃烧相位延后,燃烧持续期在纯二甲醚时延长,而在掺混乙醇时则先延长后缩短,最大压力升高率先下降后上升。掺混乙醇和推迟喷射使预混燃烧比例增加。随喷射推迟,混合燃料的排气温度升高,喷射推迟到上止点后,排气温度随乙醇比例的增加而升高,排气温度高,则废气能量高,增压器增压比大,进气流量大,导致缸内压缩压力升高。在上止点前喷射时,掺混乙醇能使HC和CO排放保持在较低范围的同时,一定程度降低NO_x排放,掺混15%的乙醇较纯二甲醚最大降低约11%NO_x排放。随推迟喷射,NO_x排放降低,最大降幅达52%,在过分推迟燃料喷射时,因热效率低,循环喷射量增加,含15%乙醇混合燃料的NO_x排放会高于纯二甲醚。HC和CO排放随喷射推迟而升高,且升高幅度增大。     

乙醇燃料HCCI发动机燃烧特性研究

应用调整进排气门相位控制缸内残余废气率策略,在Ricardo Hydra四冲程进气道喷射单缸试验机上实现了无水乙醇燃料的均质压燃,获得了运行工况范围,并分析研究了空燃比、转速和气门相位对乙醇燃料均质压燃的燃烧特性。结果表明:乙醇燃料的均质压燃的可运行范围仍然受到爆震、换气过程及失火的限制,但在高速及稀燃区域得到拓展;其着火时刻及燃烧持续期依赖于气门定时、空燃比及转速。     

LPG/柴油双燃料发动机压缩比优化研究

采用燃料复合供给方式 ,在单缸直喷式柴油机上进行了LPG/柴油双燃料发动机压缩比的优化试验研究 ,对比分析了使用纯柴油和LPG/柴油双燃料的燃烧特性 ,着重研究分析了双燃料发动机在不同压缩比下的最高燃烧压力、最大压力升高率、压力循环波动及燃烧放热率 ,并以此为依据优选了双燃料发动机的压缩比。试验结果表明 :降低压缩比后 ,双燃料发动机的最高燃烧压力及最大压力升高率均有较大降低 ,同时压力循环波动变小 ,但滞燃期、燃烧持续期都会有所增加。经过优化 ,压缩比确定为 14.5时 ,ZH110 5W柴油机改燃LPG/柴油双燃料后在高负荷工况下无严重爆震现象 ,压力循环波动较小 ,且经济性较好 ,热效率损失不大