燃烧室EGR策略下汽油CAI燃烧试验Ⅱ：CAI燃烧区域优化与控制

在装备电控液压驱动可变气门机构的单缸试验发动机上,通过燃烧室EGR策略将废气截留在缸内,在关闭点火系统后发动机仍然稳定工作则实现了CAI燃烧.研究结果表明,在1,000,r/min、过量空气系数为1工况下,在IVO定时为-38～167°CA,ATDC、EVC定时为68～118°CA BTDC可以实现稳定的CAI燃烧.在...     

汽油转子发动机燃烧过程模拟技术研究

建立了汽油转子发动机燃烧过程的数学模型;基于实验数据,考察了往复式汽油机湍流燃烧速率计算经验式在汽油转子发动机中应用的不适用性,并对其进行了修正;将建立的燃烧模型和修正后的湍流燃烧速率计算公式用于预测汽油转子发动机燃烧室内气体压力和平均指示压力,预测与测量结果基本吻合。结果表明：建立的汽油转子发动机燃烧过程数学模型和修正后的湍流燃烧速率计算公式准确,可用于汽油转子发动机性能模拟研究。     

四冲程汽油机 CAI 燃烧放热率模型研究

通过大量试验数据分析,提出了适用于四冲程汽油机可控自燃（ControlledAutoIgnition,CAI）燃烧的放热率模型。研究发现汽油机CAI燃烧在低温时有少量放热,因此,放热率模型包括两个阶段——低温缓慢自燃阶段和高温迅速放热阶段,与一维发动机模拟软件GT-Power相耦合后在相同试验条件下着火时刻及平均指示压力PIMEP的计算结果与试验结果偏差较小。此模型可用于进行发动机预测、设计以及控制策略的研究。     

垃圾焚烧炉二次燃烧的数值模拟

针对城市生活垃圾焚烧发电的排放问题,以重庆市某垃圾焚烧炉为原始模型,采用计算流体动力学(CFD)方法对炉膛内气体的二次燃烧过程进行了数值模拟.利用标准k-ε湍流模型对气相湍流运输进行了模拟,并利用Monte-Carlo 热辐射模型计算了辐射传热特性,获得了当施加不同边界条件时炉膛内气体的温度场、浓度场以及气体在炉膛内的停留时间分布等,并对其抑制二噁英产生的效果进行了评价.结果表明:进口边界混合气体中CO的含量和气体速度对燃烧效果有重要影响.当CO含量为5%、气体速度为1.58m/s时,燃烧效果较好,并能有效抑制二噁英类剧毒物质的产生.通过对垃圾焚烧炉二次燃烧的数值模拟与仿真,可获得和预测炉膛内气体燃烧的状况,并为焚烧炉的设计和改进提供一定的参考.     

燃烧室EGR策略下气门升程对CAI燃烧的影响

在装备电控液压驱动可变气门机构的单缸试验发动机上,研究了燃烧室EGR策略下气门升程对汽油机可控自燃(CAI)燃烧的影响。研究结果表明:在1 000r/min、过量空气系数为1、气门定时一定的工况下,随着气门升程的增加,EGR率下降,负荷增加,燃烧始点滞后,燃烧持续期增长。在不同气门升程下,CAI燃烧定时区域范围有所差别,气门升程越小所能实现的负荷越小。通过燃烧室EGR策略结合气门升程可拓展CAI燃烧的负荷下限。     

汽油机燃烧过程中气缸内对流换热的数值模拟

本文对Morel的汽油机缸内对流换热模型进行了改进,把一维模型应用于燃烧过程的计算,可以体现汽油机燃烧时缸内温度、组分浓度和湍流的空间变化对对流换热的影响,得到燃烧时对流换热量随时间的变化和在缸内的径向分布情况.计算实例表明,面积平均的对流换热系数远大于Woschni公式得到的计算值,缸内热流量的变化与火焰面的位置有密切关系.应用本文的数值模拟方法,还可以预测发动机的几个参数改变时,对流换热量的相应变化情况.     

直喷二甲醚对稀汽油混合气燃烧过程影响的研究

在一台四冲程单缸汽油机上,通过缸内直喷二甲醚(DME)实现了空气稀释汽油混合气的稳定燃烧。研究结果表明:在1 500r/min下,固定循环燃油热值时,直喷DME可以降低汽油机稀燃下的循环变动,加速初期火焰发展速度,缩短燃烧持续期,提高汽油稀燃稳定燃烧的过量空气系数上限。稀燃和直喷DME相结合可以改善发动机在稀燃下的燃油经济性。与理论空燃比混合气相比,稀燃能使指示燃油消耗率最多降低11.7%。改变点火时刻和直喷DME比例能实现不同过量空气系数下的最佳燃烧相位。随着过量空气系数的增加,最佳放热中心相位提前。     

火花点火对缸内直喷汽油机HCCI燃烧的影响

实现汽油机均质混合气压燃(HCCI)的难点是着火控制。在缸内直喷汽油机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点火对HCCI燃烧特性的影响。结果表明,HCCI燃烧方式较火花点火(SI)火焰传播燃烧方式放热速率快,热效率高,NOx大幅度降低。在HCCI临界状态时,火花点火有助于提高燃烧稳定性,抑制失火和爆燃,降低循环波动;当火花点火时缸内温度远超过临界着火温度时,火花点火对HCCI燃烧影响不大。火花点火在SI／HCCI燃烧模式切换工况时,能提高瞬态过渡平顺性。     

进排气门相位和升程对汽油机HCCI燃烧控制的试验研究

利用内部高温残余废气加热新鲜充量是实现均质压燃（HCCI）的一种有效方式。设计了几种具有小持续角的特殊进、排气凸轮轴，以满足高内部残余废气率。在Ricardo Hydra 140单缸汽油机上，分别采用不同持续角的凸轮轴研究了进、排气门定时和升程等参数对汽油机HCCI燃烧的影响。试验结果表明，排气门定时对残余废气率和HCCI燃烧有着更强的控制作用。选择合适的气门升程可以拓展HCCI运行范围，升程大的凸轮轴将HCCI运行范围向高速大负荷方向拓展，而升程小的凸轮轴则有利于获得更低的HCCI运行负荷和转速。     

基于并行计算的二次喷射式HCCI汽油机的三维数值模拟

建立了缸内直喷HCCI汽油机带进、排气道的燃烧系统的三维工作过程循环数值模型,实现了HCCI发动机包括进气、压缩、燃烧、膨胀和排气工作过程的三维循环模拟并进行了验证.首先基于并行计算进行了不同当量比(负荷)工况下HCCI发动机缸内过程的对比分析,研究了负荷对HCCI发动机着火、燃烧和排放的影响.进而模拟了缸内直喷二次喷射的HCCI发动机循环工作过程,解析了HCCI发动机着火燃烧和排放过程,揭示了HCCI发动机缸内直喷二次喷射控制着火的规律.计算结果有助于对HCCI燃烧过程的深入理解,为HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据.     

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.     

汽油机燃烧过程模拟分析

建立了汽油机燃烧过程的双区和多区诊断及预测模型,其中包括火焰传播模型。在质量燃烧率的计算中,直接反映了紊流对燃烧过程的影响。编制了计算程序,进行了计算与试验对比分析,计算结果与试验结果两吻合良好。同时进行了变参数性能预测计算。     

EGR策略对理论空燃比SICI组合燃烧影响的试验研究

均质混合气压燃(HCCI)高负荷拓展是内燃机燃烧领域的一个难题,火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧可以作为汽油机中高负荷区域的高效燃烧模式,实现HCCI与火花点火(SI)燃烧的衔接。在试验台架上通过改变配气相位及外部EGR循环实现了内外EGR组合策略下的SICI组合燃烧,研究了EGR策略对SI-CI组合燃烧的影响。结果表明,内部EGR有利于压燃的发生,随着内部EGR的增加,压燃比例增加,燃烧速度加快,循环波动减小,CO和UHC排放减少,SICI组合燃烧能够在更高的EGR率条件下稳定工作,理论空燃比SICI组合燃烧的工况范围得到拓展。     

火花点火对CAI燃烧过程的影响

CAI燃烧具有高效节能和低NOx的优点,但CAI燃烧也存在燃烧始点和放热率难以控制的难点。通过添加火花点火的方法,在缸内制造热点,产生有助于CAI燃烧的着火条件,从而达到了控制CAI燃烧始点的目的。试验表明,在添加火花点火后,着火滞燃期明显缩短,CAI着火及燃烧更稳定,并对经济性有一定改善。火化辅助点火也有利于CAI运行范围向更低负荷方向拓展。因此,火花点火可以作为控制CAI燃烧的一种辅助手段。     

代理汽油在均质压燃内燃机中燃烧特性的模拟研究

在均质压燃（HCCI）内燃机中,燃烧主要由化学动力学控制。研究燃料的化学动力学反应机理对了解和控制HCCI具有重要意义。本文利用CHEMKIN多区模型,研究了由正庚烷、异辛烷和甲苯混合而成的代理汽油的燃烧特性。计算结果显示,多区模型弥补了单区模型中出现的温度压强陡升缺点,能更好地反映缸内真实燃烧过程。多区温度分布区间越广,则燃烧提前,燃烧持续期长。各区NOx排放和温度分布趋势类似。HC和CO排放主要集中在燃烧不完全的第1区。     

汽油／液化石油气两用燃料发动机的燃烧过程模拟

建立了汽油/液化石油气两用燃料发动机燃烧过程的双区模型,编制了计算程序。利用该程序可以对发动机燃油和燃气过程分别进行计算,并将计算结果与试验测量结果进行对比分析,两吻合良好。同时对影响发动机燃气性能的参数进行了预测计算。     

汽油机停缸技术的模拟优化

停缸技术是一项提高汽油机燃油经济性的有效技术措施.某V6发动机的模拟计算结果表明应用停缸技术后在所计算转速范围内燃油消耗均得到改善,但同时停缸发动机的振动加剧.运用可变停缸数的停缸方式选择了停缸工作区域,同时通过优化停缸发动机进气歧管进一步扩大了停缸工作区域.     

米勒循环及低压废气再循环技术对汽油机性能的影响研究

在某2.0L涡轮增压商用车缸内直喷汽油机概念设计阶段,运用GT-Power软件进行了一维热力学计算分析,并着重研究了米勒循环技术与低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术对燃油经济性的影响。仿真结果显示,长米勒循环和短米勒循环都存在使燃油经济性达到最佳的可变气门正时角度。在中高转速范围内,因为质量流量和流速过高导致长米勒循环的缸内空气无法顺利回流,米勒效应减弱,所以短米勒循环的燃油经济性更好;另外长米勒循环具有两次泵气过程,致使其泵气损失也大于短米勒循环。在低转速范围内,短米勒循环的增压压力需求更大,导致其泵气损失大于长米勒循环,所以长米勒循环的燃油经济性更好。对于试验用汽油机来说,短米勒循环具有明显的优势。低压EGR技术能够使缸内最高温度降低,减轻爆震倾向,因此燃烧重心可以适当提前,从而改善燃油经济性。另外,EGR和新鲜空气总量的增加也使最高燃烧压力增大,有利于燃油经济性的提高。不同工况下,缸内最高温度均随EGR率的增加而降低,因此在一定范围内EGR率越高燃油经济性越好,涡前排温越低,但EGR冷却器需要的散热功率也增大。在发动机燃烧开发阶段,推荐采用短米勒循环技术并结合8%的EGR率。为了验证仿真结果的准确性,开展了性能试验,试验结果与仿真结果在趋势上有很好的一致性。