液压自由活塞发动机活塞运动规律自适应特性的研究

在一台液压自由活塞发动机(HFPE)样机上进行了活塞运动规率的试验。研究表明:活塞的运动规律对于燃烧相位和累积放热量的变动具有自适应性;随着燃烧相位的提前或累积放热量的增大,活塞换向提前,最大升程和压缩比降低;这种自适应性可有效避免均质压燃过程中的爆震与后燃现象,保证缸内最高压力、最大放热速率的稳定,减少指示功的损失。     

液压自由活塞柴油机控制参数影响特性试验

在研制的单活塞式液压自由活塞柴油机上开展了控制参数影响特性、启动特性及运行特性等规律性试验.结果表明:改变压缩压力可以实现压缩比的控制,随着压缩压力的增大压缩比将增大;循环喷油量、喷油正时和排气门正时等参数对自由活塞发动机的膨胀行程、压缩比和下止点位置等具有决定作用;频率控制阀信号脉宽影响发动机的启动过程,脉宽较小时会导致活塞运动速度减慢甚至启动困难.对其特性的研究结果表明:活塞运动规律呈明显的非对称性,膨胀行程用时较压缩行程短;缸内燃烧过程呈近等容燃烧;液压输出能量受单向阀响应性影响会损失掉一部分高压能.     

喷油策略对自由活塞直线发动机燃烧过程的影响

研究不同喷油策略对自由活塞发动机燃烧排放性能的影响,探索了适合自由活塞发动机柴油燃烧系统的喷油策略。基于AVL FIRE仿真平台,搭建三维动网格计算模型,通过台架试验数据,对试验喷油策略为矩形的缸压数据进行标定,验证了模型的准确性。然后对4种不同曲线形状喷油策略(普通三角形、等腰三角形、矩形和梯形)下的发动机燃烧放热及排放性能进行了仿真计算。研究结果表明:压缩上止点前采用矩形喷油策略缸内油气混合速率最快,压缩上止点后采用等腰三角形喷油策略更有利于油气混合;等腰三角形喷油策略下发动机峰值燃烧压力最大,最接近上止点,而且指示热效率最大,达到0.371;等腰三角形喷油策略下,缸内峰值燃烧压力和温度最大,NO排放最高而碳烟排放最低。     

柴油机TR燃烧系统实现低温预混合燃烧的研究

为了验证TR燃烧系统降低发动机排放、实现低温预混合燃烧的能力,在一台经过改造的单缸135柴油机上进行了降低压缩比、燃用柴油-乙醇混合燃料和推迟供油的试验研究.结果表明,压缩比ε降低后,着火推迟,最大放热率增加,缸内最高压力和最高温度降低,NOx排放也降低.但是中高负荷时燃烧速率降低,有效油耗率增加.当燃用乙醇体积含量20%的乙醇-柴油混合燃料时,与燃用柴油燃料相比,着火延迟期延长,烟度大幅度降低.小负荷时缸内最高压力、最高温度、最大放热率和燃烧速率都降低,NOx降低较多;中高负荷时最大放热率高于后者,燃烧速率提高,NOx降低得较少.当供油定时从15°CA BT-DC推迟到13°CA BTDC后,烟度基本不变.     

对置二冲程柴油机喷油规律曲线对燃烧过程影响的仿真研究

针对对置二冲程柴油机喷油系统与传统柴油机的不同,研究了不同喷油规律曲线形状对发动机燃烧性能的影响,探索适合对置二冲程柴油机燃烧系统的喷油规律。利用AVL-FIRE建立了对置二冲程柴油机缸内过程仿真模型,计算得到了不同喷油规律曲线形状下发动机燃烧性能。分析计算结果表明:矩形喷油规律的滞燃期最短;矩形喷油规律和梯形喷油规律最高燃烧压力点更靠近气缸容积最小点,因此等容度高;梯形喷油规律的缸内最高燃烧压力最大,NO质量分数最高而碳烟质量分数最低。     

喷油提前角对柴油机燃烧特性的影响

为了研究柴油机在不同喷油提前角下的燃烧特性,采用三维流体数值分析软件AVLFIRE建立了某型柴油机燃烧计算模型.在不同喷油提前角下,对燃烧滞燃期、油气混合程度、温度、燃空当量比、放热率和压力进行分析,得出:随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,着火时刻形成的可燃混合气增多,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高同时放热规律相...     

对置活塞二冲程汽油机燃烧特性试验

通过对置活塞二冲程缸内直喷汽油机进行原理样机燃烧特性试验,研究了对置活塞运动相位差、扫气压力、点火正时和点火方式等对燃烧过程和整机性能的影响规律.对置活塞二冲程汽油机缸内放热规律试验结果与传统汽油机一致,可分为火焰发展期、快速燃烧期和燃烧后期.对置活塞运动相位差过小会导致缸内扫气效率较低、残余废气量较高,不利于燃烧过程的组织;同时,对置活塞相对运动速度过快会导致内止点过后气缸工作容积变化率较大,缸内压力和温度下降较快.对置活塞运动相位差为15°,CA时,可有效改善扫气过程和燃烧组织.随着转速的升高,需要提高扫气压力,在提高扫气效率的同时增加混合气质量,提高燃烧速率.扫气压力为0.12,MPa时可兼顾中、高转速下缸内扫气过程和燃烧组织.对置活塞采用平顶结构时,需要配合双火花塞对置点火且点火提前角为20°,CA,可保证中、高负荷具有最高的指示热效率.     

双燃料发动机燃烧放热规律分析及燃烧特性研究

从热力学和内燃机燃烧的基本理论入手 ,推导了计算分析双燃料发动机缸内工质成分和热力学参数的计算关系式以及求解双燃料发动机燃烧放热规律的微分方程式 ,基于面向对象技术开发了双燃料发动机燃烧放热规律计算软件。研究结果表明 :用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏小 ,所计算的缸内工质平均温度偏高 ,新模型计算的结果与实际情况更为吻合。该分析软件可以适用于多种燃料发动机 ,是内燃机燃烧放热规律的通用计算软件。双燃料发动机燃烧特性研究表明 :双燃料发动机初始放热率比纯柴油大 ,若着火始点在上止点后 ,双燃料缸内最大爆发压力比纯柴油低 ,否则比纯柴油高 ;控制双燃料发动机着火始点是控制缸内最大爆发压力和 NOx 排放的关键 ,双燃料发动机着火始点应在上止点后 ,可以使发动机爆发压力和 NOx 排放比纯柴油低。     

高压共轨柴油机燃用乳化柴油的燃烧特性

对某高压共轨柴油机上燃用E0纯柴油和3种不同配比的乳化柴油的燃烧特性进行了试验研究。测得不同转速和负荷下,燃用E0纯柴油和3种不同配比乳化柴油的缸内压力、压力升高率、瞬时放热率、累积放热率以及燃烧持续期的曲线。结果表明：乳化柴油的燃烧特性与E0纯柴油类似;在2000r·min^-1、50％负荷和3200r·min^-1、50％负荷工况下,燃用乳化柴油的缸内最高压力更高,在试验所测的其它工况下,乳化柴油的缸内最高压力相比E0纯柴油均没有明显下降;乳化柴油的瞬时放热率峰值和累积放热率曲线均高于E0纯柴油,ED乳化柴油的瞬时放热率峰值最高;燃用乳化柴油后,燃烧持续期缩短。     

不同参数对PCCI-DI发动机燃烧压力和温度影响的数值模拟研究

采用一部分DME燃料在发动机进气管与空气预先混合形成均质混合气进入气缸,在压缩行程末期利用压燃式发动机的燃油喷射装置喷入柴油实现PCCI-DI燃烧,开展了不同参数对PCCI-DI发动机燃烧温度和压力影响的数值模拟研究。结果表明,随着供油提前角的提前和二甲醚预混比的增加,PCCI-DI发动机缸内的最高爆发压力和最高燃烧温度升高,涡流比和喷油器参数也对燃烧温度和压力有一定影响。     

引燃柴油喷油正时对LNG-柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

以一台涡轮增压六缸柴油机改造的发动机为试验对象,研究引燃柴油喷油正时对LNG-柴油双燃料发动机燃烧特性的影响。研究了不同喷油正时下的双燃料发动机的缸内压力、压力升高率、缸内温度、燃烧放热规律、循环变动等参数。研究结果表明:引燃柴油喷油正时对双燃料发动机燃烧特性影响很大。随引燃柴油喷油正时的增大,最高缸内压力、最高压力升高率、最大燃烧温度和最大瞬时放热率先升高后降低且所对应的曲轴转角减小;峰值压力循环变动系数先降低后增大,峰值压力升高率循环变动系数降低。     

生物柴油-柴油发动机放热规律模拟计算研究

进行生物柴油-柴油发动机的放热率仿真计算研究,基于AVL BOOST发动机工作过程仿真软件,根据DL190-12柴油机的实物结构测量参数,对每循环供油量、平均机械损失等参数进行测算,对柴油中掺混25%生物柴油的柴油-生物柴油混合燃料的热值和理论空燃比进行估算,建立了生物柴油-柴油发动机的准维工作过程模型。利用生物柴油-柴油发动机模型对发动机的气缸压力、温度、放热峰值等性能进行计算,并与纯柴油的放热特性对比分析。结果表明,相比柴油机燃用纯柴油,柴油机掺烧25%生物柴油时气缸内最高爆发压力、温度和放热峰值稍低,最大降幅分别在3%、5%、6%以内。     

直喷式发动机燃用天然气掺氢混合燃料放热规律与燃烧特征参数分析

研究了直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的放热规律与燃烧特征参数,研究结果表明:随着混合燃料中氢气体积分数的增加,中、低负荷发动机有效热效率增加,大负荷下有效热效率高且基本上不随氢气体积分数变化;随着氢气体积分数的增加,混合燃料放热率曲线相位提前,快速燃烧期缩短,放热率增加,此现象在低转速工况下更为明显,表明气流速度较低时掺氢对提高混合燃料燃烧速率作用明显;缸内最高燃气平均温度、最大压力升高率和最大放热速率随氢气体积分数增加而增加.     

自由活塞发动机活塞环密封特性研究

为获得自由活塞发动机活塞环密封特性,基于热力学方程和一维等熵流动方程建立了工作过程活塞环密封数学模型,对比发动机静态密封试验数据对模型进行了修正。运用所建密封模型和已有工作过程计算模型分析了自由活塞发动机和传统发动机活塞环密封特性之间的差异,并研究了相关参数对自由活塞发动机漏气损失的影响规律。研究发现:一个循环时间内,自由活塞发动机活塞环密封工作的时间较传统发动机长,但缸内气体泄漏质量较少;压缩过程中,自由活塞发动机缸内气体泄漏质量较多,但燃烧过程和膨胀过程泄漏的质量较少;选取适当的压缩比、活塞环间距和电磁负载有助于减小漏气损失。     

液压自由活塞发动机活塞运动规律动态仿真研究

为研究液压自由活塞发动机(HFPE)的活塞运动特性,建立了液压自由活塞发动机动态仿真模型,针对循环供油量、喷油定时、气门正时、压缩压力、负载压力等主要控制变量对活塞运动情况的影响进行了规律性研究.结果表明:各控制变量的变化影响活塞受力的变化,进而使活塞的下止点位置和压缩比发生变化,并影响发动机的正常运转和性能;循环油量与活塞膨胀行程长度、压缩能量与压缩比均近似呈线性关系;HFPE循环工作是一个多参数耦合和能量重新分配的复杂过程;执行器滞后引入的正时控制误差将是影响控制精度的重要因素.     

二级可调增压共轨柴油机的高海拔燃烧特性

通过高海拔模拟试验研究了VGT二级可调增压柴油机不同海拔的燃烧特性.结果表明,随着海拔的升高,二级可调增压柴油机的滞燃期延长,速燃期放热率增大,但缓燃期放热率和累计放热量均减小,放热率重心向上止点偏移,缸内平均指示压力下降.与单级涡轮增压柴油机相比,二级可调增压柴油机在高海拔的燃烧状态明显改善;海拔5,500,m时,二级可调增压柴油机平均指示压力提高9.1%,,速燃期放热率峰值降低12.9%,,缓燃期放热率峰值增加2.3%,,累计放热量增大11.1%,,滞燃期缩短11.3%,;标定功率提高11.8%,,燃油消耗率降低4.8%,.     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料的燃烧特性

根据实测的喷油器针阀升程和示功图,开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时燃烧特性的研究．试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油．结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,喷油延迟角增大,而喷油持续期变化不大．滞燃期随着F-T柴油比例的增加而缩短,其中当F-T柴油的比例由0增至25%时,滞燃期缩短最为明显,此后进一步增加F-T柴油的比例,滞燃期缩短幅度减小．随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,燃烧持续期略有延长,缸内最高燃烧压力和气体最高平均温度降低,最大压力升高率显著下降,发动机的燃烧噪音和机械损失减小,有效燃油消耗率和有效热效率得到改善．     

甲醇-柴油混合燃料对发动机燃烧及排放特性的影响

在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了小比例甲醇-柴油混合燃料发动机的燃烧及排放特性试验研究。结果表明:在相同的平均有效压力和转速下,随着甲醇含量的增加,燃料着火延迟相应增大,使得燃烧过程向上止点后移动。混合燃料的滞燃期比柴油长,预混燃烧放热率峰值增大,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和压力升高率增加。与纯柴油相比,甲醇-柴油混合燃料HC排放有所升高,但NOx和碳烟排放降低。大负荷时,CO排放显著下降。     

对置活塞式双动力输出柴油机燃烧特性试验研究

建立了对置活塞式机械-液压双动力输出柴油机试验台,通过试验测试该柴油机在机械输出和液压输出条件下的示功图,并计算瞬时放热率,研究对置活塞式柴油机输出不同能量形式时的燃烧特性,将测试结果与输出机械功的传统对置活塞柴油机的燃烧特性进行了对比。研究结果表明:对置活塞式机械-液压双动力柴油机在输出液压功时负荷的增加对缓燃期和后燃期影响更大,并使放热率重心后移。与传统对置活塞柴油机相比,相同工况时液压输出负载的柴油机速燃期放热速率更快,后燃持续期更长。     

微乳化燃油的粘温特性及燃烧过程

为对比分析柴油机燃用微乳化燃油的燃烧特性,采用旋转粘度计测量燃油在各种温度下的粘度以及利用发动机台架和燃烧分析仪,测录燃烧压力随曲轴转角的变化关系,研究微乳化燃油的粘温特性和燃烧过程。结果表明:燃油微乳化后粘度增大;但随着温度的升高,微乳燃油的粘度显著减小,50℃时减至柴油水平。微乳化柴油中掺水或表面活性剂质量分数越高,粘度越大。燃料特性对柴油机缸内压力的影响与转速明显相关,含水质量分数为5.6%微乳化柴油M5.6D、生物柴油和含水质量分数为10%的微乳化生物柴油M10B的最大爆发压力均略高于柴油;在相同工况时,柴油和M5.6D、生物柴油和M10B的放热规律形态差异主要在燃烧前期。燃油微乳化后,预混合燃烧期略微增延长,预混合燃烧占整个燃烧放热比例显著增大,扩散燃烧期明显缩短。与燃用柴油相比,柴油机燃用M5.6D、生物柴油和M10B时,燃烧重心向上止点靠近。