甲醇-汽油复合喷射发动机燃烧排放性能研究

为了研究不同比例甲醇和汽油混合燃料对发动机燃烧排放性能的影响,对1台1.4 L缸内直喷发动机加装了进气道喷射系统,改造为甲醇进气道喷射(MPI)+汽油缸内直喷(GDI)发动机,运用CFD技术建立该发动机模型,对不同甲醇热值替代比下的缸内混合气形成、燃烧和排放特性进行了研究。研究结果表明:在混合气形成方面,随着甲醇替代比的提高,缸内温度逐渐下降(但在点火时刻缸内温度下降趋势减缓),未蒸发燃料质量迅速增加。在缸内燃烧方面,提高甲醇替代比能够有效地加速缸内燃烧过程,提高缸内峰值缸压和峰值放热率,缩短滞燃期和燃烧持续期,使燃烧重心提前,但较高甲醇替代比下加速燃烧过程趋势减缓。在排放物生成方面,随着甲醇替代比的提高,NO_x排放逐渐增加,CO总排放量降低,但峰值CO量却呈现先增后减趋势,THC排放逐渐增加,其中大部分为未燃甲醇。     

汽车不可思议(连载七)

<正>29燃油缸内直喷优势何在?传统的发动机采用的是将燃油喷入进气道中,和空气在进气道中混合后,以可燃混合气的形式被吸入燃烧室。而燃油缸内直喷技术则是将汽油直接喷射入燃烧室,通过均匀燃烧和分层燃烧,使燃烧更完     

燃烧室凹坑形状对汽油转子发动机燃烧过程的影响

针对转子发动机缸内燃料燃烧效果不佳的问题,以一款预混式汽油转子发动机作为研究对象,采用计算流体力学的方法,建立转子发动机缸内流动与燃烧的三维数值仿真模型,并利用试验结果进行了对比验证.在此基础上,选取敞口式、直口式和缩口式3种不同类型的燃烧室凹坑,研究了燃烧室凹坑形状对缸内压力、温度、火焰传播及NO生成的影响.结果表明...     

缸内直喷式汽油机的开发

最近日本采用新型燃烧技术开发了缸内直喷式汽油机。这种新技术包括产生气体滚动的直立进气道、实现最佳喷雾扩散和雾化的电磁涡流喷射器、维持充量分层的紧凑活塞凹坑，还有其它能够理想控制发动机的高新技术。这种新型ＧＤＩ（缸内直接喷射汽油）发动机采用超稀薄分层燃烧方法，在部分负荷时实现了较高热效率，要满负荷时通过均匀燃烧实现了发动机的高性能。     

点火时刻对缸内直喷汽油机燃烧过程影响的研究

利用计算流体力学(CFD)仿真技术,建立了某分层稀薄燃烧缸内直喷汽油机(GDI)的计算模型.研究了点火时刻对该GDI发动机缸内燃烧过程影响的变化规律.结果表明,随着点火推迟,缸内最高燃烧压力降低,缸内温度先升高后降低,CO的排放逐渐降低;而随着点火时刻提前,最大放热率峰值先增加后减小.     

EGR对乙醇HCCI发动机燃烧影响的模拟研究

在乙醇HCCI发动机中，随着EGR率的提高，燃烧始点提前。并且在引入EGR后，燃烧变得柔和，有效地避免了爆震的发生。但由于引入EGR后缸内燃烧温度升高，使得氮氧化物的排放增加。加入EGR后，混合气中二氧化碳、水、惰性气体等成分浓度的变化对燃烧有一定的影响。在增加混合气中二氧化碳和水的含量后，缸内的压力和温度都有所降低，且着火始点也都有延迟。混合气中惰性气体的作用则相反，惰性气体使得燃烧始点提前，且缸内压力、温度都升高。     

EGR对柴油-天然气双燃料发动机稀燃的影响

在一台由柴油机加装天然气供给系统改装而成的双燃料发动机上进行试验,分别研究了EGR率和过量空气系数(a)随喷油提前角变化对双燃料发动机的影响。结果表明:当EGR率为0时,a过大导致热效率降低。增大喷油提前角使着火提前,燃烧得以改善,最大压力升高率和最高燃烧压力提高,热值折合燃料消耗率降低。喷油提前角一定时,最大压力升高率、最高燃烧压力随EGR率的增大先升高后降低,热值折合燃料消耗率先降低后升高,EGR率为20%时热值折合燃料消耗率达到最低值。采用EGR技术能有效降低NOx排放,但HC,CO,CH4和炭烟排放随着EGR率的增大而增大;增大喷油提前角使缸内柴油预混燃烧比例增加,HC,CO,CH4和炭烟排放降低。因此,采用EGR时应适当增加喷油提前角。     

发动机早燃与控制

早燃是不正常燃烧的一种表现,最终会影响到发动机性能。严重的早燃,缸内压力会急速加大,通常会引起超级爆震,直接会引发动机活塞、活塞环、火花塞、气门等零件的破损,最终导致整个发动机报废。影响早燃的原因大体可分为发动机结构设计、燃油的因素,控制早燃的方法有:加大混合气的浓度,减小气门重叠角,优化进气道,限制缸内最大充量,优化燃烧室的形状,断油控制,限制负荷,断油等方法。这里发阐述了引起动机早燃的原因和控制早燃方法。     

点火时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在1台由1130单缸柴油机改造而成的直喷火花点火甲醇发动机上,利用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283K,研究了点火时刻对甲醇发动机低温(266K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:提前点火时刻能够使缸内混合气得到较充分燃烧,减少未燃甲醇排放,当点火时刻由8°BTDC提前到11°BTDC时未燃甲醇排放显著减少;提前点火时刻能够降低甲醛排放,当点火时刻提前到17°BTDC、缸内最高燃烧温度超过1 300K时,甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

缸内直喷CNG发动机点火提前特性分析

将4气门4缸车用汽油机改装为缸内直喷CNG发动机,在发动机台架试验及燃烧过程试验基础上,对发动机的充气效率、点火提前角进行了基础标定,并分析了发动机的点火提前特性.研究表明:发动机采用缸内直喷,输出扭矩对点火提前角变化敏感;随着点火提前角增大,发动机最高燃烧压力升高,出现最大燃烧压力所对应的曲轴转角逐渐靠近上止点,发动...     

Flamelet combustion model for stratified EGR distribution in a diesel engine

Numerous research has been devoted to finding a method to simultaneously reduce NOx and soot emissions from diesel engines. In-cylinder EGR stratification is a technique that simultaneously reduces NOx and soot using a nonuniform EGR distribution in the combustion chamber. To study the potential of in-cylinder EGR stratification, a new combustion model is required that considers the non-uniform EGR distribution and the chemical kinetics. In this study, a new combustion model, the Flamelet for Stratified EGR (FSE) model, was developed to consider the non-uniform in-cylinder gas distribution based on chemical kinetics. The concept of the FSE model is based on using multiple flamelets with the multizone concept. To describe the non-uniform gas distribution, the combustion chamber is divided into several zones by oxygen concentration at the start of injection. Then, the flamelet equations are solved at the boundary of each zone. The final species mass fraction of each cell is calculated using linear interpolation between two results from the boundaries. In this paper, the FSE model was validated under in-cylinder EGR stratification conditions, and then, the potential of in-cylinder EGR stratification was studied by using the FSE model. The effect of in-cylinder EGR stratification was verified under various injection timing, engine speed, and road conditions with optimized engine geometries. The results shows simultaneous NOx and soot reductions under the stratified EGR condition.     

侧向换气发动机分层和均质燃烧的试验研究

在1台侧向进气的单缸发动机上对分层和均质充气燃烧进行了试验研究。通过灵活的喷油和点火控制策略实现了缸内的分层充气和均质充气燃烧。在线分析了各种工况下分层和均质充气燃烧及排放状况。研究表明,随着过量空气系数的增加,分层燃烧的性能明显优于均质燃烧,并且在稀燃状态下,分层燃烧能获得比均质燃烧更好的燃烧稳定性。在所有研究工况下,分层燃烧都能够有效地降低NOx排放。     

基于EGR分层的直喷汽油机进气道结构优化研究

为了实现废气围绕在可燃混合气周围,并且废气较浓区域集中于燃烧室底部的EGR分层形式,基于1台缸内直喷汽油机,利用CFD仿真软件Fire针对原机切向气道结构以及切向气道与螺旋气道相结合的气道形式进行了仿真,探究其实现预期EGR分层的潜力,并从缸内进气流场角度分析EGR分层机理。结果表明:原机切向气道由于滚流在压缩冲程中被大幅削弱,不能形成研究预期的EGR分层形式;采用切向气道与螺旋气道相结合的进气道结构形式可以使滚流在压缩冲程中具有较好的保持性,并结合EGR相位调整,实现了约10%的EGR分层梯度,EGR分层形式符合研究预期。     

Effects of mixture formation on WOT output of a direct-injection gasoline engine

The effects of in-cylinder charge motion, fuel spray characteristics and piston crown geometry on WOT output of a direct-injection gasoline engine were investigated. The mixture formation process in the cylinder was analyzed by computer simulation and LIF visualization. The results made clear the technical factors for achieving sufficient fuel–air mixing in a DI gasoline engine with a bowl-in-piston geometry optimized for stratified charge combustion.     

混合气分层对HCCI汽油机极限负荷和燃烧特性的影响

对比研究HCCI汽油机在不同空燃比下采用混合气分层策略时的极限负荷、NOx排放量和燃油经济性,考察了在此策略下过量空气系数λ和EGR率对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,混合气分层压缩燃烧模式能有效降低HCCI燃烧的压力升高率,具有拓展负荷范围的潜力,但同时也使NOx排放增加;适当的过量空气系数能在一定程度上改善HCCI发动机的燃烧特性,采用9%的EGR率时发动机油耗率最低,具有明显节油效果。     

Enhancement of NOx-PM trade-off in a diesel engine adopting bio-ethanol and EGR

For realizing a premixed charge compression ignition (PCCI) engine, the effects of bio-ethanol blend oil and exhaust gas recirculation (EGR) on PM-NOx trade-off have been investigated in a single cylinder direct injection diesel engine with the compression ratio of 17.8. In the present experiment, the ethanol blend ratio and the EGR ratio were varied focusing on ignition delay, premixed combustion, diffusive combustion, smoke, NOx and the thermal efficiency. Very low levels of 1.5 [g/kWh] NOx and 0.02 [g/kWh] PM, which is close to the 2009 emission standards imposed on heavy duty diesel engines in Japan, were achieved without deterioration of the thermal efficiency in the PCCI engine operated with the 50% ethanol blend fuel and the EGR ratio of 0.2. It is found that this improvement can be achieved by formation of the premixed charge condition resulting from a longer ignition delay. A marked increase in ignition delay is due to blending ethanol with low cetane number and large latent heat, and due to lowering in-cylinder gas temperature on compression stroke based on the EGR. It is noticed that smoke can be reduced even by increasing the EGR ratio under a highly premixed condition.     

外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI燃烧的影响

考察了外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI发动机燃烧的影响。试验结果表明:外部热EGR可以推迟HCCI燃烧的着火时刻,减缓放热速率,但对于高辛烷值燃料的HCCI燃烧,它对更高EGR率的兼容能力不强,需要提高进气温度来提高燃烧的稳定性;随着EGR率的增加,燃烧持续期延长,缸内温度和压力峰值均减小,指示热效率也随着减小;NOx排放随着EGR率的增加在经过一个"拐点"后始终维持在一个较低的水平,而CO和HC的排放随着EGR率的增加显著增加,燃烧恶化。     

点火位置对汽油转子发动机燃烧过程的影响

以点燃式汽油转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的三维动态模拟,并利用试验结果进行对比验证。在此模型基础上,模拟计算和分析了4种不同点火位置对缸内压力、温度、火焰传播及NO_x生成的影响。结果表明:点火位置选择在燃烧室中轴线上,与转子凹坑中心位置重合,能优化燃烧,获取较大的功率;在燃烧室后部点火时,燃烧初期火焰传播速度快,压力升高率大,但是受限于燃烧室后部燃料少,压力峰值不高,且NO_x的生成量偏高;在燃烧室前部点火时,在补燃期阶段燃烧速度最快,但是点燃后压力升高阶段的燃烧效率一般;点火位置位于燃烧中轴线两侧错位排布时,燃烧效率低下导致压力峰值最低,同时NO_x的生成量稍高;一定工况下,双点火位置的坐标分别为(10 mm,-56 mm,-37.2 mm)和(-10 mm,-56 mm,-37.2mm)时,该发动机能获得最大的功率且NO_x生成量较少。     

高热效率混合动力自然吸气汽油机提高进气道流通能力方法研究

开发了一款用于混合动力的2.0L直列四缸自然吸气(NA)汽油机,采用高速燃烧技术实现更高的动力性和热效率。对于采用EGR技术的自然吸气汽油机来说,如何平衡更多进气充量的同时尽可能提高缸内湍流强度成为实现快速燃烧的关键因素。为了提高进气流通能力,借助CFD模拟仿真技术,针对进气道流通截面面积变化、气道关键结构尺寸控制、缸盖燃烧室结构等影响流通能力的因素进行规律性研究和优化设计。研究结果显示通过优化气道截面面积、气道气流走向及缸盖燃烧室结构可显著提高进气道流通能力,同时也实现了更高的滚流强度。     

基于负阀重叠EGR策略的HCNG发动机仿真

为降低HCNG发动机NOx排放,采用负阀重叠EGR策略,利用AVL-Fire软件对HCNG发动机不同进气门开启角(θIVO)下的进气过程和燃烧过程进行了三维仿真计算,对比分析了采用负阀重叠前后发动机缸内EGR分布和燃烧过程。仿真结果表明:负阀重叠EGR策略下,排气门关闭角(θEVC)固定为340°曲轴转角不变,当θIVO为380°曲轴转角时,既可避免发生回火又能保证一定的进气量及充气效率;采用负阀重叠后,在压缩冲程后期,缸内EGR率呈梯度分布(靠近火花塞位置EGR率较低),更有利于着火及火焰传播;采用负阀重叠可降低缸内最高燃烧压力及最高温度,但会减少进入气缸的新鲜工质,降低发动机功率;通过负阀重叠实现内部EGR可降低NOx排放,但会导致着火困难,燃烧速度变慢;提高点火能量可缩短着火落后期和燃烧持续期,加快燃烧速度。