柴油机燃用含氧燃料后缸内传热研究

从柴油机缸内传热着手,对柴油机燃用柴油和碳酸二甲酯(DMC)混合燃料后,柴油机缸内传热规律和热效率以及动力性进行了研究。研究结果表明:燃用柴油和DMC混合燃料后,柴油机缸内燃烧改善,热效率提高约0.56%;碳烟减少约50%。从而导致缸内辐射传热量及传热损失减少,在DMC添加比为15%时,缸内辐射传热量下降20%,约占缸内总传热量的2.4%。传热损失减少主要是通过冷却水带走的热量减少,其减少量约占缸内总传热量的2.5%,和辐射传热量下降大致相当。     

废气再循环和进气加热实现汽油机HCCI燃烧的性能对比

废气再循环和进气加热是实现汽油机HCCI燃烧的两种不同方式,其对HCCI燃烧性能的影响也不同,为此,在同一台汽油机上分别采用废气再循环和进气加热实现HCCI燃烧,并分析了其在HCCI燃烧性能上存在差异的机理.试验结果表明,相对于进气加热,废气再循环的工质比热容高,但由于稀释比较小,使得其工质总热容反而低,从而缸内燃烧温度高.废气再循环HCCI燃烧的未燃HC排放比进气加热的排放值低41%～59%;NOx排放是后者的2～20倍;而CO排放与负荷有关;其燃烧效率比进气加热HCCI的值高0.8%～14%.然而,由于进气加热的PMEP低,缸内工质比热比大,传热损失小,最终使得进气加热HCCI燃烧的ISFC比废气再循环HCCI燃烧的值低6.6%～16.4%.     

空燃比选择对稀燃汽油机指示效率影响模拟分析

搭建汽油机数值模型,按照汽油机燃烧效率随空燃比增大而升高、缓慢下降及大幅下降等现象,将空燃比划分为3个阶段,分析了不同阶段内工质绝热指数、压缩比、燃烧持续时间及传热损失对指示效率的影响规律.结果表明,随空燃比升高,绝热指数对指示效率的影响变小,提高压缩比使得末端气体温度升高,加长燃烧持续时间,导致热量转化为功的能力下降.综合分析可知,在第2阶段实现汽油机稀燃其指示效率增幅较大.     

PFI/DI喷射对米勒循环汽油机燃烧特性的影响

为削弱泵气损失大、压缩比和工质比热容低等问题对汽油机常用部分负荷热效率的制约作用,基于配备进气道喷射(portfuelinjection,PFI)和缸内直喷(directinjection,DI)双喷系统的高压缩比米勒循环汽油机,系统探究了进气门早关策略对汽油机部分负荷热效率的影响规律.研究表明,应用米勒循环可有效调控歧管压力和泵气损失,通过综合优化气门相位、点火策略和节气门开度,相较于原机在2000 r/min,平均指示有效压力(IMEP)0.36 MPa工况指示热效率由32.4%提升至36.4%.针对高压缩比米勒循环小负荷燃烧稳定性恶化问题,提出采用分层火焰引燃(stratifiedflameignition,SFI)混合燃烧技术实现对燃烧放热过程的优化控制.研究表明,SFI燃烧可有效提高燃烧稳定性,平均指示有效压力的循环变动COVIMEP降幅达64.9%.而后期自燃的参与使得放热更为集中迅速,指示热效率由纯米勒循环下的36.4%提升至37.8%.     

废气再循环对车用汽油机热功转换过程的影响

为提高车用汽油机部分负荷下的燃油经济性,探讨了废气再循环(EGR)对汽油机热功转换过程的影响。基于某款汽油机的性能试验数据,搭建并标定其仿真模型,研究了多种部分负荷工况下EGR对汽油机性能的影响。结果表明:就换气循环而言,随着EGR率的增大,进气压力增大,泵气平均有效压力(PMEP)减小,未冷却的EGR对PMEP减小的幅度更大;就高压循环而言,燃烧温度下降导致传热损失下降,从而使高压循环热效率增加。由缸内热平衡分析可知,有效热效率的提高主要依赖于缸内传热损失的减小,其次才是泵气损失的减小。在1 300r/min、0.295MPa时,采用20%的EGR率可以使有效热效率提升4.5%。     

小型四冲程汽油机准维循环模拟研究

汽油机循环模拟以建立汽油机一个完整循环过程的数学模型为基础,它可用来研究流动、传热和燃烧等过程的细节及发动机整机性能。本模拟把运行模式、运行工况、气道状态、传热、湍流参数及发动机设计等参数作为输入,输出不同曲轴转角下的气缸压力、温度、传热率和通过进、排气门的工质质量流量、流速及燃烧阶段卷吸燃烧质量百分数。循环结束后,给出积分结果,如容积效率、热效率、指示压力、平均有效压力、热损失、平均排气温度及油     

家用轿车发动机实现汽油缸内直喷的计算研究

汽油缸内直喷（GDI）已成为新一代汽油机提高经济性、降低排放的重要手段。作者以一台家用轿车三缸发动机为对象,对缸内直喷的空气流动、混合过程和燃烧情况进行三维模拟计算分析。结果表明,采用该燃烧室设计方案并与适当的喷雾、气流运动相配合,在当量空比时,使用汽油缸内直喷能获得与均质预混燃烧相近的效果。同时,调整喷油定时,能够在缸内形成工质的非均匀分布,在总空燃比为30时仍能实现衡薄燃烧。     

工业锅炉热效率测试与火用效率测试对比分析

针对工业锅炉能耗高的问题,选取40台工业锅炉热效率和火用效率测试数据,并对测试数据统计分析,藉此研究影响工业锅炉效率的主要因素,探索节能减排的方向。研究表明:燃煤锅炉和燃气锅炉的火用效率分别为其热效率的3/10和1/3;影响锅炉火用效率的主要因素是燃烧和传热不可逆火用损失,对于燃煤锅炉2项损失之和占总火用损的84.76%,对于燃气锅炉2项损失之和占总火用损的92.20%;降低燃烧不可逆火用损失的有效途径是控制适宜过量空气系数、合理配风、减少漏风等,以提高炉膛温度;降低传热不可逆火用损失的有效途径是提高工质参数、控制负荷波动、避免低负荷运行。     

冲程缸径比对汽油机缸内传热影响研究

针对中小排量缸内直喷单缸汽油机,通过台架试验数据与一维工作过程仿真相结合的手段,分析了冲程缸径比(S/B)变化对缸内传热功率、传热损失以及指示热效率的影响.研究表明:S/B变化对传热功率的影响因素不仅有面容比优化带来的收益,还有活塞运动速度增加导致的缸内对流强度的变化,两者叠加的结果是S/B并非越大越好,试验结果表明缸内直喷汽油燃烧系统,在常用的中等转速工况范围内,S/B的推荐值为1.2左右.     

高温无氧重整与重整燃料可用能

为降低内燃机燃烧过程燃料可用能损失,提出了高温无氧燃料重整的方法.通过主动流动式高温定压流动反应试验系统对正庚烷和汽油表征组分两种燃料的重整可行性进行了验证.使用气相色谱仪(GC)测量了重整产物的摩尔浓度,并与详细动力学机理计算结果进行了对比.模拟计算了重整燃料分子的化学可用能增益与分布、燃料燃烧过程可用能损失.结果表明:试验测得的重整产物摩尔浓度与计算结果一致.重整时间一定时,燃料重整存在一个最佳重整温度区.在1,050~1,150,K温度下重整100~400,ms,正庚烷化学可用能可提升约3%,,汽油表征组分化学可用能可提升约1.5%,.经过重整,燃料燃烧过程可用能损失明显降低.     

Zero-dimensional single zone engine modeling of an SI engine fuelled with methane and methane-hydrogen blend using single and double Wiebe Function: A comparative study

Combustion modeling plays a key role in an engine simulation to predict in-cylinder pressure development and engine performance with a high level accuracy. Wiebe function, representing mass fraction burned (MFB) as a function of crank angle position, is widely used to predict the combustion process. The work presents a predictive zero-dimensional (Zero-D) single zone engine modeling of an SI engine fuelled with methane and methane-hydrogen blend. In this work, the single and double forms of Wiebe function were used to estimate the combustion process in the modeling. For this purpose, the single and double-Wiebe functions' parameters were calculated using the least squares method by fitting to the MFB curves calculated from experimental pressure data. These Wiebe functions were, then, introduced to the Zero-D single zone engine model developed for the methane and methane-hydrogen blend fueled SI engine to obtain in-cylinder pressure development and gross indicated mean effective pressure (GIMEP) for the engine performance prediction. The results show that the model with double-Wiebe Function fit better than that with single-Wiebe function. In addition, the fitted double-Wiebe function has a significant improvement in the GIMEP prediction for methane-hydrogen blend fueled SI engine modeling rather than the methane-fueled modeling.     

柴油机缸内火焰辐射传热新模型

柴油机缸机的火焰辐射受诸多因素的影响,用理论分析法来确定它是相当困难的,由于柴油机缸内火焰辐射特性依赖于缸内的燃烧过程,而燃烧过程中的实际热力状态又可用示功图来分析,因此借助于火焰辐射与缸内热力参数之间的这种间接关系,建立了一种计算柴油机缸内火焰辐射传热的新模型,利用该模型对一台直喷柴油机缸内火焰辐射热流量随曲轴转角的变化情况进行了计算,将计算结果与实测结果进行了比较,表明该模型能较好预测缸内火焰     

预测柴油机气缸内火焰辐射传热的一个单区模型

建立了一个以压力示功图为基础来计算柴油机气缸内火焰辐射传热的一个单区模型,利用该模型对一台直喷柴油机气缸内火焰辐射热流量随曲轴转角变化情况进行了计算,并计算结果与实测结果进行了比较,表明该模型能较好预测所缸内火焰辐射传热量,在工程上有应用价值。     

高辛烷值燃料HCCI燃烧特性的变参数研究

构建了一种高辛烷值燃料与空气压缩自燃反应机理(89种组分,413个反应)。用在快速压缩机上获得的试验数据对它进行了验证,考察了机理的有效性。然后将其嵌入内燃机模型,在CHEMKIN平台上对这种燃料的HCCI燃烧特性进行了变参数的数值模拟,研究了进气温度、进气压力、空燃比、压缩比、转速和EGR等因素对燃烧特性的影响,同时预测了缸内反应物、生成物、自由基浓度随曲轴转角变化的历程。计算结果对燃用高辛烷值燃料HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据。     

柴油机涡流室内空气流动特性的LDA测试及数学模型

本报导了采用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）首次在实机上对柴油机涡流室内空气运动规律测试的研究结果。研究表明：涡流室内涡流在一定的半径范围内是刚体涡流，在涡流室周边区域可近似看作势涡流。     

Theoretical investigation of flame propagation process in an SI engine running on gasoline–ethanol blends

Turbulent flame propagation process in a spark-ignition (SI) engine is theoretically investigated. Fueling with gasoline, ethanol and different gasoline–ethanol blends is considered. A quasi-dimensional SI engine cycle model previously developed by the author is used to predict the thermodynamic state of the cylinder charge during the cycle. The flame is assumed to be spherical in shape and centered at the spark plug. Computations are carried out for an automobile SI engine having a disc-shaped combustion chamber, for which the compression ratio and the nominal speed are 9.2 and 5800 rpm, respectively. Geometrical features (flame radius, flame front area and enflamed volume) of the flame, combustion characteristics (mass fraction burned and burn duration), and cylinder pressure and temperature are predicted as a function of the crank angle. Three different positions of the crank angle are studied: −10°, TC and +10°. It was concluded that ethanol addition to gasoline up to 25 vol% accelerated the flame propagation process.     

柴油机基于缸压的闭环反馈控制技术

为改善柴油机预混合燃烧(PCCI)模式下的燃烧稳定性和分缸均匀性,研发了基于缸压的闭环反馈控制技术.该系统采用由两个控制单元组成的分布式结构,燃烧状态解析单元(iCAT)实时采集发动机各缸缸压-曲轴转角数据,计算缸内燃烧状态指标如平均指示压力(IMEP)、50%放热点(CA50)等,并将结果通过CAN网络发送到发动机控制单元(ECU),ECU据此对喷油参数进行调整,以精确控制发动机的燃烧状态.试验在一台经过系统升级的4缸2.5,L高压共轨柴油机上进行,结果表明,iCAT实时计算精度与燃烧分析仪测量精度基本一致,与燃烧分析仪数据相比,IMEP最大偏差为0.53%,CA50最大偏差为0.33,°,CA,闭环控制后,无论是传统CI燃烧还是PCCI燃烧,燃烧稳定性和各缸不均匀性都得到明显改善.     

柴油机燃用正庚烷及柴油时多环芳香烃与碳烟的演化规律

基于电控燃油喷射柴油机的全气缸取样系统,使用气相色谱-质谱联用仪及程序升温大体积进样方法,对柴油机燃用正庚烷和柴油过程中缸内多环芳香烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和碳烟的演化规律进行了试验研究.结果表明:在燃烧过程中,芘、苯并[a]芘质量随曲轴转角呈单峰变化,萘、芴质量随曲轴转角呈"S"型变化趋势(先降低后升高再降低);碳烟的生成趋势与缸内温度呈较好的一致性,且碳烟与芘随曲轴转角具有相似的单峰状质量变化趋势,只是碳烟峰值出现的时刻稍有滞后.此外,正庚烷与柴油在柴油机中燃烧时生成的PAHs与碳烟具有相似的演化规律.     

Pressure–time characteristics in diesel engine fueled with natural gas

Combustion pressure data are measured and presented for a dual fuel engine running on dual fuel of diesel and compressed natural gas, and compared to the diesel engine case. The maximum pressure rise rate during combustion is presented as a measure of combustion noise. Experimental investigation on diesel and dual fuel engines revealed the noise generated from combustion in both cases. A Ricardo E6 diesel version engine is converted to run on dual fuel of diesel and compressed natural gas and is used throughout the work. The engine is fully computerized and the cylinder pressure data, crank angle data are stored in a PC for off-line analysis. The effect of engine speeds, loads, pilot injection angle, and pilot fuel quantity on combustion noise is examined for both diesel and dual engine. Maximum pressure rise rate and some samples of ensemble averaged pressure–crank angle data are presented in the present work. The combustion noise, generally, is found to increase for the dual fuel engine case as compared to the diesel engine case.     

丙烷发动机燃烧变动研究

测量了火花点火丙烷气体发动机在不同转速、涡流强度及混合比下的气缸压力,并对测量的气缸压力及由气缸压力求出的用曲轴转角表示的初期燃烧期间等进行了统计分析。试验结果表明,随着混合气变稀平均指示压力的变动迅速增大;转速相同时,平均指示压力的变动随着涡流比的增大而减小;在稀薄混合气条件下,随着初期燃烧期间平均值的增加平均指示压力的变动急剧上升。