用改变拖拉机用柴油机活塞顶内燃烧室相对容积的方法,改善燃油的燃烧过程

燃油完全燃烧的持续期、绝热性和及时性是由燃油空气混合气及其成分的一系列特性决定的,主要是空气和燃油的状态,燃油空气混合气的成分、形成方法和条件、状态,及混合气中燃油着火方法和条件以及是否完全燃烧.决定混合气中燃油是否完全燃烧条件的因素之一是燃烧室相对容积V_k,它等于活塞顶上的燃烧室容     

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.     

未着火循环废气改善柴油机冷起动的燃烧

采用柴油的替代研究燃料正庚烷和压燃式燃烧模型,计算研究了起动阶段引入未着火循环的燃烧产物对下一循环燃烧的影响.未着火循环的燃烧产物与完全燃烧循环有明显不同,其中含有许多未燃燃油和中间活性物质,将其以EGR的方式重新引入气缸中能有效改善下一循环的燃烧,计算结果表明,中间活性物质起到了关键作用.进行了EGR影响柴油机起动性能的试验研究,结果表明,起动初期的循环中,引入EGR可以改善燃烧,试验结果验证了计算分析的合理性,为改善柴油机冷起动性能提供了一种新思路.根据正庚烷燃烧的化学动力学理论,结合计算过程中各物质浓度的变化,研究了EGR改善燃烧的机理.     

柴油喷雾着火过程的化学动力学模拟

在直喷式柴油机准维燃烧模型的基础上,建立了能描述柴油机着火前燃油的氧化历程及着火滞燃期的多步着火化学动力学子模型,它不仅可以很好地模拟实际柴油机的燃油氧化过程,而且可以较好地反映着火滞燃期随各种因素的变化关系,比以往的描述着火滞燃期的经验模型更具有合理性和先进性。整个燃烧模型的计算结果及其与试验结果的对比还表明,本模型能够合理地预测柴油机的燃烧过程。     

供油提前角对直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历程的影响

介绍了采用同步双成像技术研究供油提前角对直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历影响的研究结果。研究结果表明：增大供油提前角时,着火会发生在燃油停止喷射后。停喷后着火和停喷前着火相比,其着火瞬间的喷雾场和此后的燃烧场、碳粒场的变化历程有明显不同。增大供油提前角可以减少燃烧过程前期的碳粒生成量,进而降低碳粒排放。     

甲醇/正辛醇/HCB混合燃料喷雾燃烧特性

基于定容燃烧弹系统,通过纹影法、OH*化学荧光法与背景光消光法及自然辐射光法两套同步光学诊断技术,针对3种不同甲醇添加比例的甲醇/正辛醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油,对比分析了不同环境温度、喷射压力下喷雾燃烧特性．结果表明：3种燃油由于反应活性和含氧量的不同,在相同工况下着火延迟期和火焰浮起长度随甲醇比例的增大而增加,使得着火后的喷雾贯穿速度降低．通过对着火延迟期和火焰浮起长度经验公式的拟合,发现混合燃油的着火延迟期、火焰浮起长度与化学当量比的燃油混合分数呈正相关,而火焰浮起长度与燃油的十六烷值呈负相关．所有燃油的火焰浮起长度均小于液相长度,整个燃烧过程中均处于火包油状态,这使得燃烧促进了液相燃油的蒸发,导致着火后液相长度更短．纯生物柴油由于较短的火焰浮起长度和较高的反应活性,其燃烧导致的液相蒸发最为明显．     

直喷式增压柴油机燃烧过程可视化研究

介绍采用高速摄影技术研究直喷式增压柴油机的燃烧过程，研究工作在单缺柴油机上进行。研究结果表明，进气增压改善了上柴油机燃烧过程；促进了燃油和空气的混合，增加了燃油束向燃烧室中心的扩展区域，壁面附近燃油堆积量减小；缩短了着火延迟期，增加了扩散燃烧的比例，火焰扩展速度降低；改善了燃烧室内的燃烧条件，抑制了燃烧火焰向活塞顶部外溢。     

G180柴油机燃用甲醇燃料的试验研究

介绍甲醇的物化特性、燃烧特性,讨论柴油机燃用甲醇的技术措施.通过在甲醇中添加着火改进剂、防腐剂和抗磨剂的方法,在柴油机上进行燃用甲醇燃料和柴油的性能对比试验研究.证明所采取的措施能够改变甲醇的物化特性,改善着火和润滑性能,实现甲醇在柴油机中的直接燃烧,动力性、燃油经济性、排放指标和可靠性满足使用要求.     

一个直喷式柴油机的准维燃烧模型

本提出了一个用于直喷式柴油机燃烧过程计算的准维模型。这个模型按燃油喷入气缸的时间进行分区，每个区域的燃烧过程是由着火阶段即燃烧准备阶段和燃烧阶段所组成，用着火延迟期概括着火阶段的复杂物理化学现象，既反映了控制燃烧过程的主要因素，又使应用相对简化。     

不同湍流强度下液雾燃烧的直接数值模拟

采用欧拉方法求解气相场,采用拉格朗日方法跟踪液滴颗粒,对液雾燃烧进行了直接数值模拟研究.分析了不同湍流强度下液雾燃烧的液滴蒸发特性和燃烧特性.发现在低混合分数区域,液滴蒸发速率约等于零.当混合分数大于夹层内平均混合分数的时候,液滴蒸发速率随混合分数线性增加.液雾燃烧的着火时间与相同条件下气体混合物的着火时间相比会更长.湍流在混合分数空间中抑制了液体燃料的蒸发,但是能够加强燃料和氧化剂的混合,从而进一步促进化学反应的进行.     

燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响研究

采用CHAMKIN模拟分析燃烧过程,基于自行设计的可视化定压燃烧系统试验研究燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响。结果表明:随着压力的升高雾化效果逐渐变差;进气旋流可以改善雾化效果;如果进气旋流是高温气体,则改善情况更明显。压力的增加仅加快了反应速率,缩短了着火延迟时间,并没有引起着火过程中温度的很大变化。随着燃烧压力的增加,火焰逐步向燃油喷嘴处移动,可通过提高烟气卷吸率增强气旋效果,使火焰更长,燃烧更均匀,避免烧坏油头及燃烧室内部分温度过高等不良后果。     

柴油喷射压力对HCII燃烧过程影响的可视化

均质混合气引燃(HCII)的燃烧方式融合了柴油机与汽油机的优点,具有提高发动机指示热效率、改善排放的潜力.通过光学发动机,采用高速摄影和燃烧分析系统,研究纯柴油(缸内直喷)与汽油均质混合气柴油引燃两种工作模式下柴油喷射压力对燃烧特性的影响.结果表明:随着柴油喷射压力的提高,两种燃烧模式的燃油雾化质量改善,滞燃期缩短,着火时刻提前,缸内压力和放热率峰值增大,峰值位置提前,同时着火面积增大,燃烧速率加快.在相同柴油喷射压力下,HCII燃烧模式的着火点较为分散,着火时刻相比纯柴油更早,但火焰发展初期速度较慢.纯柴油模式在各喷射压力下均有扩散燃烧特征,中、高喷射压力时扩散燃烧现象更加明显,HCII燃烧模式在低喷射压力下为预混合燃烧和扩散燃烧共存.中等喷射压力下,视窗内分布大片蓝色火焰,着火面积较大,为典型的预混燃烧.高喷射压力下,前期燃烧主要为汽油均质混合气的预混燃烧,放热率峰值点之后以柴油的扩散燃烧为主.     

基于可视化温度场分析的柴油机缸内燃烧过程研究

在一台视窗上置式柴油机可视化实验装置上用高速摄像机记录下缸内燃烧过程的火焰照片,应用三基色法计算了缸内燃烧温度场.结果表明,用三基色法分析的缸内温度场分布与实际情况相一致；结合示功图曲线对柴油机着火和燃烧过程进行了分析,得到的结果符合柴油机实际着火和燃烧过程的发展规律.燃油在高温缺氧情况下会发生裂解形成较高温度的较大碳粒,影响相应零部件的使用寿命和发动机性能.     

基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制燃烧系统

为了实现柴油机NOx和碳烟超低排放的目标,提出了基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制均质压燃(简称HCCI)燃烧系统.该系统应用电控共轨燃油系统对燃油喷射规律实现多脉冲灵活控制,通过提前角大于上止点前90°的多次脉冲喷射,成功控制了预混合气的形成、着火和燃烧过程.从小负荷直到平均有效压力高达0.79 MPa的大负荷,均成功实现了以预混压燃燃烧为主要特征的燃烧过程,使柴油机的烟度始终能够控制在0.5 BSU以下,HC排放小于40×10-6,而NOx大幅度降低至240×10-6.     

基于TPDF方法正庚烷喷雾燃烧特性模拟

采用输运概率密度函数模型(TPDF)开展了不同初始环境温度、氧体积分数下正庚烷喷雾火焰发展过程模拟研究.以发动机燃烧网络(ECN)试验数据为基准,首先将模拟得到的着火延迟期和火焰浮升长度与均质反应器模型(WSR)模拟结果以及试验结果进行对照,发现氧体积分数较低时,由于TPDF模型能够对小尺度上组分和温度的湍流波动进行精确求解,可获得准确的燃烧特征量.然后基于TPDF方法,系统分析和对比了不同初始环境条件下准稳态火焰结构以及火焰发展过程的燃烧特征,发现在不同的初始温度和氧体积分数条件下,着火均首先出现在浓混合气区域.降低初始环境温度,高当量比区域反应活性下降,导致着火推迟,燃油与空气有更长的时间进行混合;降低温度的同时降低氧体积分数,则导致着火进一步推迟,油、气混合更为充分.着火位置混合气的浓度较高温、高氧体积分数条件有所降低,燃烧消耗了本来就不足的氧气,导致高当量比区域更难发生反应.     

用汽油和甲醇燃油分层拓展HCCI燃烧高负荷的试验研究

在一台单缸HCCI发动机上研究了进气道喷射汽油缸内喷射甲醇形成汽油甲醇燃油分层的HCCI燃烧排放特性,探索了其拓展HCCI燃烧高负荷的潜力。试验结果表明:在汽油HCCI燃烧中喷射甲醇能够有效降低缸内混合气的温度,推迟着火时刻,延长燃烧持续期,从而降低压力升高率和缸内最高燃烧压力,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。一定的HCCI负荷工况存在最佳的汽油甲醇比例,且汽油甲醇最佳比例随着负荷的增加不断减小。在最大压力升高率0.5MPa/°CA和较高的指示效率的限制下,自然吸气条件下采用汽油和甲醇燃油分层的HCCI燃烧最高负荷比汽油HCCI燃烧提高了近50%,达到0.62MPa。     

柴油机多脉冲喷射预混燃烧过程多维数值模拟

建立了三维CFD耦合化学反应动力学模型,对柴油机缸内多脉冲喷射形成的预混燃烧过程进行了模拟,结果表明:该模型能够较准确地预测缸压曲线、着火时刻、NOx和CO2排放,能够预测着火位置、燃烧中间产物和有害排放物的生成历程.多脉冲喷射预混燃烧产生的NOx、CO和未燃HC排放主要来源于靠近缸壁余隙内,要提高这种燃烧方式的效率和降低排放,关键是要减少燃油附壁.     

柴油在甲烷氛围及在甲醇氛围下的着火燃烧特性

为了解不同着火性质燃料之间的相互作用,在定容燃烧弹上结合高压燃油共轨系统,通过高速摄像光学系统,研究了柴油分别在两种不同的单碳高辛烷值燃料氛围下的着火和燃烧行为.结果表明:降低环境温度和增加预混甲烷的浓度均延长柴油着火滞燃期,增大燃烧放热率峰值,且较低的环境温度和高的甲烷浓度有利于减少碳烟的生成;相比于甲烷,甲醇对柴油着火的抑制作用更强,具有较长的滞燃期,为油气混合赢得更多的时间,预混燃烧部分增加,因此柴油在甲醇氛围下的放热率峰值略高于甲烷氛围,同时产生碳烟的扩散燃烧比例降低,生成的碳烟减少.     

进气含有高浓度CO2的柴油机的燃烧特性

在一台可以拍摄缸内混合气形成和燃烧过程的发动机上，在进气中加入不同浓度的二氧化碳（CO2）气体，研究其对柴油机的燃油束发展、混合气形成、着火、燃烧过程所带来的影响，同时采用三基色法对测出的燃烧温度场分布进行计算分析。拍摄的工况是在不同发动机转速以及不同的CO2浓度的情况下进行。拍摄到的图像经分析和计算表明，加入不同浓度的CO2后，燃油束的喷雾及混合过程没受影响，但使着火滞后期延长、燃烧持续期缩短，并降低了燃烧温度，特别是降低了最高燃烧温度。研究结果还表明，加入CO2过多时则会影响燃烧稳定性。     

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.