进气道喷水对直喷汽油机燃烧排放及爆震影响的数值模拟

为改善汽油机经济性、降低污染物排放,以某1.0L三缸直喷汽油机为基础采用数值模拟的方法,研究了进气道不同喷水位置及喷水量对燃烧、排放以及爆震的影响。结果表明:进气道中部喷水与远离进气门喷水相比燃烧相位提前,峰值缸压略大,氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)、一氧化碳(carbonic oxide,CO)排放量较低,碳烟和未燃碳氢化合物(unburned hydrocarbons,UHC)排放量差别较小;接近进气门喷水时燃烧相位延后程度大,峰值缸压低,对爆震的抑制效果较好,NOx、碳烟及CO排放量较低,但UHC排放量大幅增加;远离进气门喷水时,随着喷水量增加,爆震强度降低,但缸内个别区域爆震抑制效果较差,削弱了喷水对爆震的抑制效果。     

内燃机换气损失的定量研究

定义了牛顿理想气流的概念,理论推导出了用于计算实际气体流能量的牛顿理想气流能量方程。基于对LJ491QE1汽油机的试验研究,应用牛顿理想气流能量方程定量计算出该汽油机的换气损失。研究结果表明:自然吸气、进气道喷射式汽油机的小负荷工况,进气损失功率占有效功率的比例较大;大负荷工况,排气损失功率占有效功率的比例较大。本文提出的内燃机换气损失的定量计算理论对于深入研究内燃机的实际循环损失具有重要意义。     

内部废气耦合点火对甲醇燃烧和排放的影响

基于自主开发的液压可变气门机构,研究了内部废气再循环(EGR)耦合点火策略对甲醇发动机节能减排的改善潜力。结果表明,随着排气门升程的降低,内部EGR率增大。内部EGR增大导致缸内压力和缸内燃烧温度峰值下降,燃烧重心推迟,燃烧持续期延长,燃烧循环变动增加。适当地调整点火正时,甲醇发动机在42%内部EGR下仍能使燃烧重心分布在合理的范围内并平稳运行。另外,内部EGR结合点火正时在不同负荷下对油耗和排放的改善效果不同,在20%负荷下有效热效率和燃油消耗率改善效果最佳,分别提高了3.2%和12.7%;在40%负荷下对NO_x和HC排放改善效果最佳,分别降低了64.25%和20.8%。     

非道路用柴油机进气压缩过程数值模拟

采用CFD软件STAR-CD及ES-ICE建立柴油机三维数值计算模型,模拟研究了转速、负荷、增压等因素对进气及缸内气体流动的影响。为了分析螺旋气道进气流通性能,将进气门进气区域划分为4个扇区,并应用一维分析软件GT-Power和试验数据为三维瞬态数值模拟计算提供边界条件和初始条件。研究表明,螺旋进气道存在气流交汇区域,会降低气道流通性能,气门处各扇区进气量及进气波动情况并不一致;涡流强度和缸内湍动能随转速的上升而增加,柴油机采用增压后缸内涡流强度会有一定的提高,但对湍动能的影响较小;而负荷对涡流强度和湍动能的影响都较小。     

汽油机喷油控制系统的探讨

介绍一种二冲程汽油机电子控制喷油系统。该系统能对燃油量进行精确计算和实时控制喷油，保证发动机在各种工况下都能正常运转。这既提高了输出功率，又降低了有害气体排放和燃油消耗，使汽油机在动力性、经济性和环保性方面都有明显的改善。     

不同米勒循环方式对柴油机工作过程影响的一维模拟分析

基于柴油机的工作模型,运用-维模拟分析了进气门早关和晚关两种米勒循环形式对柴油机燃烧和排放的影响,通过改变气门正时、增压压力和喷油正时,在两种米勒循环方式下对该型柴油机在额定转速下的工作状态进行了优化。实验结果表明,推迟或者提前进气门关闭时刻可以减小压缩阶段的压力和温度,从而使滞燃期增长,但是由于缸内工质的减少,缸内平均温度和碳烟排放升高;增压压力的提高可以弥补进气损失,进气门晚关或者早关并结合提高增压压力及推迟喷油,可同时降低NOx和碳烟的排放;在保持爆发压力与原机相同时,M-50配合定爆发压力与上止点前10°CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.21%,NOx排放下降22%,碳烟下降58.1%,M100配合定爆发压力与上止点前12°CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.56%,NOx下降12.96%,碳烟下降54.75%。     

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。     

利用PDA装置降低汽油发动机油耗

PDA(Port Deactivation)装置可以有效地改善发动机的燃油经济性,且具有结构简单、成本低等明显特点.某1.4 L,16气门发动机对比试验表明:在中低转速的常用工况区域,采用PDA装置可以使发动机的燃油油耗降低3%～5%.     

混氢汽油机的燃烧及排放特性试验

针对汽油机热效率低、排放高的问题,通过进气混氢降低汽油机的能耗和排放.在一台4缸汽油机上安装一套电控多点顺序气道氢气喷射系统,可实现汽油和氢气在进气道的现场混合.在发动机转速为1 500 r/min及理论当量比条件下,选择混氢体积分数为1%、1.5%、2%、3%的4种不同进气,对混氢汽油机的燃烧与排放特性进行了试验研究.试验结果表明:在混氢体积分数为3%的工况下,与原机相比,发动机制动热效率平均提高了3.23%,缸压峰值的循环变动平均减少了3.18%.随着进气中氢气体积分数的增加,发动机着火滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧峰值压力增加,CO_2与HC排放明显降低,但NO_x与CO排放有所增加.混氢对改善发动机性能效果显著.     

燃料特性对小型压燃式发动机增负荷工况燃烧及HC排放的影响

应用自行开发的瞬态工况控制系统及排气采集装置,研究了具有不同理化特性的燃料对小型压燃式发动机冷态突增负荷工况下燃烧及 HC排放特性的影响;利用气相色谱仪分析了HC的排放成分。研究结果表明:对于普通柴油燃料,在突增负荷工况下,燃油开始增加后,总碳氢HCt 排放浓度急剧增加,最大值达到稳态工况的 100 倍左右。随循环数的增加,滞燃期缩短,HC排放逐渐降低。采用具有相同十六烷值、挥发性好的燃料,可有效改善冷态增负荷工况下的燃烧,降低HC排放。与燃烧柴油相比,采用挥发性好的正庚烷和 GTL燃料,HCt排放降低约80%。     

二级增压柴油机旁通阀调节特性

在一台搭载可调二级增压系统的重型柴油机上,研究了增压器不同旁通阀开度对燃油消耗率及排放特性的影响规律。结果表明:低转速工况下打开增压器旁通阀有助于降低NOx排放,但在中大负荷工况下会导致燃油经济性恶化;在中高转速、小负荷工况下增大旁通阀开度有助于减小泵气损失,燃油消耗率最大降幅可达7.6%,在中大负荷工况下受泵气损失与指示热效率相互作用的影响,打开旁通阀可以在不恶化燃油经济性的前提下降低NOx排放。在不同转速、小负荷工况下大开度开启旁通阀,中高负荷工况下关闭或小开度开启旁通阀,可以在不明显恶化NOx排放的同时实现最优燃油经济性,烟度排放均低于4%;最优控制策略下,与原单级增压发动机样机相比,二级增压柴油机在低转速工况下更具燃油经济性优势。     

汽油机电控系统稳态工况匹配标定研究

建立了LJ276M汽油机电控系统标定用试验台架,论述了汽油机电控系统稳态工况参数标定的步骤.汽油机电控系统的控制参数喷油脉宽和点火提前角是影响发动机性能的关键,通过对LJ276M汽油机稳态工况电控参数精细寻优标定,获得了相应的喷油脉宽MAP图和点火提前角MAP图,通过加装精细标定的电控系统发动机与原化油器式发动机的台架对比试验,验证了其功率及转矩平均提高5%,燃油消耗率降低4%.     

某柴油机螺旋进气道的流动实验与数值模拟

以某柴油机螺旋进气道为研究对象,在Pro/E软件上对该进气道进行三维实体造型后,利用CFD三维流体软件进行稳流实验条件下的模拟计算,并对该进气道进行了稳流实验。模拟与实验结果对比发现：各气门升程下的流量系数和涡流比吻合较好,流量系数除个别气门升程外,相对偏差小于5%;涡流比在大气门升程时,相对偏差小于12%,在小气门升程时可能由于壁面模型精度差造成的偏差较大。文中还结合CFD提供的进气道流动信息,分析了流量系数和涡流比随气门升程变化趋势的原因。气道流动实验与CFD模拟相结合,可为气道的改进优化、设计开发提供更可靠有效的方法。     

缸内直喷汽油机的HC排放特性分析及未来排放法规对其的挑战性

在介绍缸内直接喷射汽油机基本燃烧机理及各工况运行特点的基础上 ,重点分析了缸内直喷汽油机的HC排放机理 ,同时基于对比试验 ,分析比较了在FTP 75测试循环下缸内直喷汽油机与进气道喷射汽油机的HC排放特性 .分析表明 ,为了满足未来严格的排放法规的要求 ,缸内直喷汽油机仍面临着巨大的挑战 .此外还分析了造成缸内直喷汽油机HC排放高的原因 ,并提出了控制措施 .     

电控LPG液态喷射发动机的改装与性能试验

介绍了电控喷射汽油发动机改装成为LPG液态喷射（LPI）发动机的技术方法,并对LPI发动机的性能进行了系统的试验研究。结果表明,采用LPI系统,发动机的动力性可达到原汽油机的水平,经济性有所改善,排放指标可以达到欧洲2号排放标准,但进气门和气门座的磨损比燃用汽油时严重。     

电控LPG液态喷射发动机的改装与性能试验

介绍了电控喷射汽油发动机改装成为ＬＰＧ液态喷射（ＬＰＩ）发动机的技术方法,并对 ＬＰＩ发动机的性能进行了系统的试验研究。结果表明,采用ＬＰＩ系统,发动机的动力性可达到 原汽油机的水平,经济性有所改善,排放指标可以达到欧洲２号排放标准,但进气门和气门座 的磨损比燃用汽油时严重。     

天然气发动机配气凸轮型线的改进设计

利用AEXCITE TIMING DRIVE软件,建立某四气门天然气发动机运动学和动力学模型,对原有发动机配气机构进行性能分析,发现了原机配气机构存在丰满系数小、落座冲击大、接触应力过大、有轻微反跳和飞脱问题.通过改进设计凸轮型线的缓冲段和工作段型线,模拟结果表明,进气门丰满系数从原机的0.56增加到0.58,排气门丰满系数从0.53增加到0.57,增加了发动机的充气性能,同时也解决了气门落座冲击大、反跳问题,减少了凸轮与挺柱间的接触应力.发动机性能试验结果表明,改进设计后的配气机构同时也改善了发动机的动力性能,提高了功率和转矩.     

进气道偏置对四气门柴油机进气门口三维流场的影响

研制了四气门柴油机单独进气道、单气道中置缸盖及气门口三维流速测量装置。在稳流气道试验台上 ,利用热线风速仪测量了不同气道布置方案下的进气门出口三维流场 ,揭示了进气道偏置对四气门柴油机进气门口三维流场影响的变化规律。气道的偏置使气门口切向速度大小发生了变化 ,速度分布变化很大 ,这种影响随升程的增加而增大。     

计算机仿真技术在电控燃油喷射开发中的应用

研究计算机仿真技术在电控燃油喷射发动机上的应用 ,加快电控汽油机的开发进度 ,更好地提高汽油机乃至汽车的整体性能 .结合自行设计的电控系统 ,建立了控制数据和汽车在驾驶循环中发动机工况点的计算机仿真模型 ,以及整车性能预测模型 .利用该方法对一台微型轿车进行了电控燃油喷射的改造 .试验结果表明 ,计算机仿真获得的控制数据具有很好的精度 ,仿真模型获得的发动机工况点以及整车性能预测结果对于指导控制系统与汽油机的匹配具有很大的意义 ,加快了电控汽油机的开发进度 .     

8V120柴油机进气道改进设计

为了改善8V120柴油机的性能,对它的进气道进行研究与改进是重要的措施之一。该机系采用切向进气道。在该气道及 T—148进气道试验分析的基础上进行了气道的改进设计,并且定型了两种新的切向气道。这两种改进气道的共同特点是降低了气道阻力,而它们的主要区别在于涡流比不相同。这主要是为了以后在单缸试验机上进一步研究涡流比对发动机工作性能的影响及其与燃烧室、燃料系统等的配合问题。试验过程中初步摸清了影响切向气道性能的一些敏感部位及切向气道设计中应注意的问题。对于如何评价发动机的涡流比进行了初步的探讨。通过切向气道的改进设计发现它在解决阻力与涡流这一矛盾上并不理想。这种气道由于不能使气门流通面积得到充分的利用,因此使得气道的阻力较大。这是该种气道的主要缺点,也是同类型柴油机大多采用螺旋气道的原因之一。因此建议在气道改进工作取得一定的台架效果之后,对该机的气缸盖进行彻底的改进设计。