汽油高压旋流喷雾的数值模拟和试验研究

建立了GDI的汽油喷雾和混合气形成的数值模型，对不同喷油压力、燃烧室背压对静态喷雾的影响做了数值模拟，并利用CCD相机在定容燃烧弹中对GDI发动机高压旋流喷油器产生的喷雾作了高速摄影，通过与模拟计算结果的对比，分析了汽油高压旋流喷雾的发展过程。     

MF-汽油掺混燃料直喷喷雾试验研究

电控直喷系统由于其具有良好的燃油经济性、热效率、排放和冷起动性能,广泛应用于SI发动机。目前2-甲基呋喃(MF)被证明是一种优于乙醇的生物质替代燃料,且其与汽油掺混燃料的直喷喷雾特性研究的较少。本文中应用6孔喷油器采用高速纹影技术研究M20,M40和汽油在不同环境背压和燃油温度下的喷雾特性。喷雾参数包括喷雾贯穿距、喷雾锥角和喷雾面积。结果表明,存在闪急沸腾和非闪急沸腾两种喷雾形态。当闪沸发生时,随着MF掺比的增加,喷雾贯穿距增加。随着环境背压的降低,贯穿距先减小后增加。喷雾锥角较未闪沸时增加,喷雾面积随着MF掺比的增加而增加并且与燃油温度呈负相关。当没有发生闪沸时,随着MF掺比的增加,喷雾贯穿距减小。     

环境背压对多孔式喷油器雾化形态特征影响的数值解析

本文旨在通过数值模拟方法解析缸内直喷汽油机(GDI)多孔喷油器在不同环境背压条件下喷雾的形变特性及其影响机制。首先基于喷油器参数在Converge软件中建立了定容弹喷雾模型,进而根据高速摄影和相位多普勒粒子测试仪(PDPA)的试验结果对模型的喷雾宏观形态、贯穿距以及索特平均直径(SMD)进行了验证,在此基础上对0. 1,0. 5和1MPa环境背压条件下的喷雾形态变化进行了详细研究。研究结果表明:随着背压增加,油束被挤压并向喷油器中心轴线方向收缩,且贯穿距减小;由于油束对容弹内气流的冲击作用使得油束外边缘出现强烈的空气卷吸效应,致使在喷雾油束末端的液滴随气流向上回卷,且背压越高油束末端边界越不清晰;在喷雾压力场及速度场的分析中发现,由于喷雾内部区域压力低于外部,导致外部气流向内部冲击挤压油束,使得喷雾宽度减小,油束间相互作用增强,从而出现喷雾形变。     

双组分燃油蒸馏及喷雾闪沸特性研究

在较高燃油温度及较低环境背压下,直喷喷雾易发生闪沸。闪沸喷雾具有贯穿距小、易于雾化等优势,能够有效降低发动机排放、提高燃油经济性,在直喷发动机中具有较好应用前景。然而随着涡轮增压的使用,进气压力的提高导致喷雾较难达到闪沸状态。针对这种现象,在研究混合燃油蒸馏特性后提出了通过向高沸点燃油中添加低沸点燃油的方式来促进喷雾的闪沸。试验燃料为一系列不同比例低沸点燃油(异戊烷)与高沸点燃油(正十一烷)组成的混合燃油,通过蒸馏测试探究了不同组分燃料的蒸馏特性;通过在定容弹内拍摄不同燃油温度、环境背压下的燃油喷雾的米氏散射图,研究了混合燃油形态变化规律。结果表明,不同于单一油品仅在沸点时沸腾产生馏出物,混合燃油是在一定的温度范围内均会沸腾产生蒸馏物,表现为3段式蒸馏曲线;混合燃油蒸馏前期大部分馏出物为低沸点燃油,表明混合燃油受热时,低沸点燃油会优先蒸发;对喷雾宏观形态的测量结果表明,向高沸点燃料中添加低沸点燃油能够使喷雾在高背压下达到闪沸状态,且40%体积分数是最佳的添加量;另外,油温越高添加低沸点燃油对喷雾闪沸的促进效果越好。     

高喷射压力下GDI喷油器喷雾特性研究

在高压定容容器中,通过白光测试系统来研究GDI喷油器喷雾在高喷射压力35MPa下背压和背温对其喷雾角和喷雾贯穿距离的影响。研究结果表明:在高喷射压力下,喷雾角随着背压的升高而呈现微弱的减小趋势,而随着背温的升高喷雾角的减小趋势比较明显。喷雾的贯穿距离随着背压的升高有明显减小的趋势,随着背温的升高喷雾的贯穿距离也在减小,当背温升高到一定程度时,喷雾贯穿距出现停滞增长现象。当背温和背压都比较高时,喷雾贯穿距在1.0 ms以后会出现加速增长的趋势。     

直喷汽油机喷油器喷雾可视化测试系统开发及试验

为了有效观测直喷汽油机喷油器工作过程中喷雾形态的变化历程,开发了一套由定容装置、供油系统、环境背压调节系统、环境温度调节系统、喷油控制系统以及高速摄像机等组成的喷雾形态可视化测试平台,并利用该平台测试了不同喷油压力、环境压力和环境温度下GDI喷油器的喷雾形态变化过程。试验结果表明,喷油压力、环境压力及环境温度是影响喷雾形态发展过程的关键因素,所开发的喷雾形态测试平台能够模拟缸内的不同压力和温度条件,并对不同喷油压力下喷雾形态的变化历程进行有效测试。     

背景气密度对GDI喷雾特性的影响

在一定容燃烧弹中,采用3种不同的背景气体(He、N_2、CO_2),通过高速摄影技术,研究了非闪沸条件下背景气密度和燃油温度对某5孔GDI喷油器喷雾特性的影响。结果表明:背景气密度是影响喷雾坍塌的关键因素。随着背景气密度的增加,坍塌程度呈现先增强后稳定的趋势,转折点位于4 kg·m~(-3)左右。当背景气密度低于4 kg·m~(-3)时,增大背景气密度,单个油束宽度的增加使得喷雾各个油束之间的间隙减小,阻碍外部气体进入内部平衡低压区,喷雾内外压差增大,导致坍塌程度增强;当背景气密度高于4 kg·m~(-3)时,喷雾各油束之间的间隙消失,喷雾内外的气体交换被阻断,喷雾内外压差趋于稳定,导致坍塌程度趋于稳定。燃油温度的改变对喷雾宽度的影响较小。     

定容燃烧弹内闪沸燃烧研究

闪沸喷雾作为一种相变喷雾形式,在替代燃料和零碳燃料的燃烧方面具有重要意义。然而当前的研究大部分集中在喷雾形态研究上,对燃烧机理的研究较少。故本文使用定容燃烧弹对稀薄条件下的闪沸喷雾雾化和燃烧过程进行分析,重点研究闪沸喷雾特性、混合气着火特性、火焰传播特性和燃烧放热特性。结果表明,闪沸喷雾能有效降低着火延迟,提升火焰传播速度,从而有利于能量转换,实现更高的放热率和更高的放热量。并且闪沸喷雾火焰前端形状更加规则,表明更加稳定的火焰传播,有助于提升发动机的热效率和稀燃条件下的燃烧稳定性。     

缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾特性试验研究

为了研究缸内直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性,建立了定容喷雾试验装置,对不同环境压力和不同喷油压力条件下的自由喷雾和碰壁喷雾过程进行了拍摄,分析了壁面距离和壁面倾角对喷雾特性的影响。研究发现:多孔喷油器与传统的旋流式喷油器的喷雾特性存在较大差异。多孔喷油器的喷雾锥角受环境压力影响较小;随着环境背压的增大,贯穿距离和喷雾锥角呈现先增大后减小的特点;喷雾锥角随着喷射压力的提高略有增加。在碰壁喷雾发展过程中,不同环境压力下喷雾油束与壁面接触面积接近;随着壁面距离的增加,碰壁喷雾高度递减,碰壁后的喷雾高度存在波动;随着壁面倾角的增大,碰壁喷雾高度和增大。在壁面倾角的增大过程中,影响碰壁喷雾半径的因素较多,呈现出较复杂的变化规律。以上研究为多孔喷油器的设计及其与燃烧室的匹配提供了理论依据。     

汽油机喷油器光学油盘测试方法研究

在定容弹喷雾试验台上,利用平面激光诱导荧光原理搭建了光学油盘测试研究平台,试验研究了PFI及GDI汽油机喷油器的喷雾油束角度及落点特性,分析了喷雾记录时间段、时间间隔和喷孔数量对测试结果的影响规律。研究结果表明,光学油盘法对不同孔数的PFI喷油器和GDI喷油器都适用,其结果具有普适性。该方法测试数据与传统油盘法数据相近,结果具有较高的分辨率,且比油盘法测试结果更加直观。     

喷嘴孔数及其布置对汽油直喷喷嘴闪沸喷雾-环境气体相互作用影响的研究

为了区分火花塞点火式缸内直喷(SIDI)发动机喷雾和环境气体两相流场,将优化后的高速双色PIV(Particle Image Velocimetry)技术应用于多孔直喷喷油器的喷雾和环境气体速度的测试.此双色PIV系统由一个特殊的示踪和滤波系统组成,可同时对燃油喷雾及其环境气体的速度场进行测量.本研究采用该双色PIV方法研究不同环境压力和燃油温度的条件下,喷嘴孔数及其布置情况对燃油喷雾和环境气体的相互作用的影响.在此研究中,对3个汽油直喷喷嘴做了详细的研究,包括1个6孔喷嘴,1个3孔喷嘴及1个2孔喷嘴.研究结果表明,随着燃油温度的提高或者环境气体压力的降低,喷雾雾化增强,燃油颗粒粒径减小,导致喷雾油束变宽,喷雾与环境气体接触面积变大,喷雾和环境气体的两相流场的作用变强.不同孔数和布置的喷油器在冷态及闪沸条件下油束间干扰作用的强度不同,导致喷雾传递给环境气体的动能不同.较强的油束间的干扰作用加强了燃油喷雾与环境气体之间的动量交换过程,进而增强了环境气体的动能.     

转子发动机喷雾特性试验研究

利用定容弹、纹影仪以及高速相机等装置,就柴油转子发动机工况下的喷雾过程进行了试验研究,重点分析了喷雾环境背压和喷射压力对喷雾特性的影响。结果表明:在转子发动机喷雾过程中,喷雾扩散速度先快速增大后逐渐减小;喷雾锥角在初次雾化阶段内急剧减小,然后在二次雾化作用下保持相对稳定。喷雾环境背压的增大,有效减小了喷雾贯穿距离,增大了喷雾锥角,说明喷雾环境背压的增大对喷雾贯穿距离和锥角都有显著的影响,从而为转子发动机喷油正时的优化提供了试验数据支持;随着喷射压力提高,喷雾贯穿距离和喷雾锥角都增大,并且增大喷射压力加强了燃油的初次雾化和二次雾化,有利于提高转子发动机喷雾质量,为优化柴油转子发动机油气混合状态创造了条件。     

燃油近嘴区初始射流破碎及影响因素试验研究

搭建了燃油喷射雾化的可视化试验台架,采用数码相机和高放大倍数、高分辨率的长距离显微成像技术,以及纳秒级闪光灯作为相机曝光光源,对燃油近嘴区射流表面初始扰动微观结构进行可视化捕捉,结合图像后处理技术对射流表面结构参数和喷射参数进行定量测量和分析。研究发现,近嘴区初始射流表面波、液丝和液滴等产生、变形和破碎与喷油压力、空化以及环境背压密切相关。喷油压力增加,初始射流受到扰动增大,射流表面出现"坑洼"和"凸起"结构越靠近孔口;空化促进射流初始扰动、液丝和液滴的形成,致使喷雾锥角显著增加;环境背压增加,射流与环境介质之间剪切作用增大,可有效促进射流初始破碎,射流周围液丝进一步破碎形成液滴,有效地改善了雾化质量。     

采用旋流喷油器的二冲程直喷汽油机混合气形成过程的数值解析

将旋流喷油器应用到二冲程发动机上,利用其喷雾锥角大、贯穿距离较短等优点,高转速下促使燃油在短时间内与空气混合。由三维画图软件绘制实体模型后,使用AVL Fire软件对直喷式喷油器与旋流喷油器的喷雾形态进行对比,模拟二冲程直喷发动机的缸内混合气形成过程。结果表明：在大负荷功率下,在ABDC15°曲轴转角时开始喷射的燃油不会因扫气的影响造成燃油短路,并且能够加快混合速度,获得较好的均质混合气。     

缸内直喷汽油机技术发展趋势分析

介绍了缸内直喷(GDI)发动机技术发展过程及现状。对比分析了GDI发动机与气门口喷射(PFI)发动机的性能特点,GDI发动机相对于成熟的PFI发动机仍具有较多优势。分析了GDI发动机技术发展面临的主要问题,可以看出,排放、燃烧稳定性等方面的问题限制了分层稀燃GDI发动机普遍应用。探讨了GDI发动机燃烧系统特点及发展趋势,阐述了过量空气系数a=1的GDI均质混合燃烧方式、分层充气或均质(a=1)充气的涡轮增压技术、优化燃烧系统扩大分层稀燃区域、实现GDI发动机的HCCI燃烧等4个GDI发动机技术发展方向。     

博世汽油直喷系统

汽油直喷系统早已经成功应用于部分现有车型上,博世在该领域拥有领先的技术优势及研发实力。采用压电式喷油器的博世汽油直喷系统装配在梅塞德斯-奔驰新车型CLS 350 CGI上的汽油直喷系统发动机,采用博世最新技术的压电式喷油器。这种汽油直喷系统发动机采用喷雾引导燃烧过程技术,并具有分层燃烧技术,以保证发动机具有极高的经济性,燃油消耗可降低15％。     

柴油超临界喷雾大涡数值模拟研究

随着现代内燃机燃烧室内温度和压力的不断提升,液体燃料往往处于超临界状态,与亚临界状态相比,其喷雾射流行为特征发生了很大的变化。本研究采用大涡数值模拟方法对超临界环境下的单组分和多组分柴油表征燃料喷雾射流进行数值计算,对比了不同气体状态方程预测柴油表征燃料超临界射流行为的差异性,发现PR气体状态方程对正庚烷质量分数分布的模拟结果与实验值更接近,相较于其他状态方程表现更好;另外还发现本研究采用的多组分柴油表征燃料(正庚烷质量分数80%、甲苯质量分数10%、环己烷质量分数10%)可较好地反映超临界环境下真实柴油喷雾射流特征。     

三菱帕杰罗车GDI发动机加不起油、发抖的故障检修

1 故障现象 一辆行程为4万km的三菱帕杰罗车，装备GDI（gasoline direct iniection的缩写，意思为汽油缸内直接喷射）发动机，发动机型号为6G74，排量为3．5L，该车不久前曾因行驶中渐渐感到不能加速而到一家修理厂维修，该厂的修理工试车后判断是油路问题，于是更换了电动汽油泵及汽油滤清器，并且清洗了油箱和喷油器，故障不但没有解决发动机反而抖动严重了，     

柴油机PT燃油泵和喷油器的结构与特点

PT燃油泵和喷油器系美国康明斯发动机公司专利特有的燃油供给系，它具有高达100MPa以上的喷油压力，极其良好的喷雾质量，不仅能使发动机获得优异的性能，而且可使发动机的燃油消耗大幅度地降低，它还能根据发动机各工况的要求而改变发动机的标称功率。     

PT(D)型喷油器落座压力的调整

PT（D）型喷油器是康明斯N-855型发动机配装的一种喷油器，它具有计时、定量和喷射等多重作用，在结构上与一般的喷油器有很大的不同。为了使每次喷射时，喷油器的柱塞针阀与喷嘴头中的燃油能被全部喷射出去，确保计量准确，同时避免喷油器内部积碳，要求喷油器在每次喷射完毕后，柱塞针阀应以一定的预紧力压向喷油器喷嘴头，这就需要调整喷油器的压紧力，即调整喷油器的落座压力。