改进曲轴箱扫气二冲程发动机的特性

曲轴箱扫气二冲程发动机的缺点是充量系数低以及气缸扫气时损失一部分充量,从而导致功率低和燃料经济性差。随着转速的增加,充量系数将进一步降低,在4000转/分时不超过60%。而充量的损失还会引起排气中有害成份的增加和排气温度升高。     

VVT对发动机性能影响的试验研究

研究了VVT对发动机充量系数、燃烧、动力性和排放的影响。试验结果表明:充量系数随着气门重叠角的增大而增大,缸内气流运动影响最佳燃烧对应的气门重叠角,进气VVT主要影响发动机的动力性,合适的进气VVT能够使扭矩提高11.6%,而排气VVT则影响发动机的排放,随着排气VVT的提前,NOx下降36%。     

对置二冲程柴油机扫气口参数对扫气过程的影响

通过分析扫气口高度、圆周利用率、气口径向倾角等参数对对置二冲程柴油机扫气过程的影响,建立了基于GT-Power的一维仿真模型,研究分析了扫气口高度、圆周利用率变化对发动机扫气过程的影响;同时建立基于AVL-FIRE的对置二冲程柴油机扫气过程CFD仿真模型,研究了气口径向倾角变化对发动机扫气过程的影响。研究结果表明:扫气过程中,扫气流量主要受扫气口开启面积大小的影响,并随着扫气口开启面积的增大而增大;适当的扫气口倾角能促进扫气过程中的新鲜充量和废气的分层,但是扫气倾角太大容易导致气缸中心空气密度低,残余废气易聚集难以排出气缸;当扫气倾角为20°时扫气效率最大。     

二冲程船用柴油机稳态扫气流动特性

设计了一台船用柴油机稳态扫气光学试验装置,用以研究低速二冲程船用柴油机的扫气过程.利用立体粒子图像测速技术对不同参数下的缸内扫气流场进行了研究.结果表明:随着扫气口径向切角的增大,平均涡心位置与气缸轴线的偏离增大,涡流强度有所增强,气流的轴向速度呈现先增大后减小的趋势;随着扫气口开度的减小,涡心附近的轴向速度先有所增大,当扫气口开度降低到25%时,轴向速度大幅度减小,并出现回流现象.为通过流场评估扫气性能,提出了"扫气非均匀性系数".试验发现在扫气口径向切角为15°及20°时扫气性能较好,此外,扫气口开度对扫气性能的影响仅体现在扫气口开度较小时,此时在扫气口附近的轴向速度均匀性差,影响扫气性能.     

对置活塞二冲程汽油机活塞运动相位差的匹配

通过对对置活塞二冲程缸内直喷汽油机的活塞运动规律、扫气过程及缸内工作过程进行数值模拟,研究了对置活塞运动相位差对扫气过程、混合气的形成和燃烧过程及整机性能的影响。研究结果表明:活塞运动相位差影响活塞相对运动规律的同时,直接影响扫气正时和有效压缩比进而影响扫气过程、缸内工作过程和整机性能及对置活塞非对称做功特性。随着活塞运动相位差的增大,扫气效率增大,火焰发展期和快速燃烧期增大,循环指示功先增大后减小,在相位差为15°曲轴转角时达到最大值。综合相位差对扫气和缸内工作过程的影响,在15kW、6 000r/min、全负荷工况时最佳活塞运动相位差为15°曲轴转角。     

二甲醚/空气/稀释气层流燃烧特性研究

利用定容燃烧弹试验和数值模拟的方法分析了稀释气种类及掺混量对二甲醚-空气预混合气层流燃烧速度、绝热火焰温度和火焰结构的影响。结果显示:随稀释系数的增大,混合气的层流燃烧速度,绝热火焰温度逐渐减小;在相同的稀释系数条件下,稀释气对二甲醚层流燃烧特性的影响程度按照由氩气(Ar)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)的顺序依次增强;层流燃烧速度随绝热火焰温度的增大而增大,Ar和N2稀释时层流燃烧速度和绝热火焰温度的关系曲线基本重合,CO2稀释时曲线处在较低的位置;Ar和N2在二甲醚燃烧过程中主要通过稀释作用和吸热作用产生影响,而CO2除这两个作用之外,还会参加化学反应,从而进一步影响绝热火焰温度和火焰传播速度。     

排气背压对发动机性能影响的研究

研究了在WOT工况下不同的排气背压对GDI发动机泵气损失、扭矩以及油耗率的影响,理论分析了排气背压对泵气损失的影响,主要通过分析背压对残余废气系数以及充量系数的影响,来研究其对泵气损失的影响。利用boost软件建立一维仿真模型,并通过台架试验获得发动机性能曲线,验证模拟与试验的匹配性,结果表明仿真结果与台架试验基本相符:随着排气背压的增大,泵气损失与油耗率均增加;在1000~1500 r/min范围内,排气背压对扭矩基本无影响,在1500~5500 r/min,扭矩随着背压的减小而增大。     

用快速压缩机研究乙醇燃料的HCCI燃烧特性

为进一步了解乙醇燃料的HCCI燃烧特性,利用自主研发的快速压缩机,研究了边界条件对乙醇燃料HC-CI燃烧特性的影响.试验表明:随着充量温度的升高,燃烧持续期缩短,最高燃烧温度升高,放热率最大值增加,最大压力升高率增大,最大压力升高率出现的时刻提前;随着过量空气系数的增大,可燃混合气的浓度减小,燃烧始点延迟,燃料的最高燃烧温度降低,放热率最大值降低,最大压力升高率降低、出现时刻提前,着火温度降低,同时反应速率减慢,燃烧持续期增加.     

过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响

在一台Ricardo Hydra单缸四气门汽油机上,利用气门重叠负角方法实现了均质充量压缩着火(HCCI)燃烧,并通过试验研究了过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响.研究结果表明,在相同的转速和气门相位角下,随着过量空气系数的增加,平均指示压力减小,缸内残余废气率也减小,但燃油消耗率的变化趋势与转速有关.在大多数工况下,过量空气系数为1.05时,HCCI发动机的着火时刻最早,燃烧持续期最短.过量空气系数对循环波动的影响与转速和气门相位角有关.随着转速的增加,循环波动增大.     

对置活塞二冲程汽油机直流扫气系统参数研究

通过进行对置活塞二冲程汽油机直流扫气系统扫气过程的分析,提取了影响扫气过程的关键参数,包括进排气口高度、进排气口圆周率及进气口径向倾角。采用GT-Power软件建立对置活塞二冲程汽油机工作过程一维仿真模型,并通过正交试验设计方法,对进排气口高度和圆周率进行3水平正交试验模拟,优化进排气口流通面积。同时,采用AVL-FIRE软件建立对置活塞二冲程汽油机扫气过程计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真模型,对进气口径向倾角进行优化分析。通过对进排气口高度和圆周率的正交试验分析,得出其对扫气效率和给气比的影响大小和相关系数。研究表明:适当的进气口径向倾角能促进扫气过程中的新鲜充量和废气的分层,但倾角太大导致进气阻力增大,扫气效率降低;当倾角为15°时,扫气效率和捕获率最大。