有效利用2次喷油预混合压缩着火的高效率清洁柴油机燃烧——第2次喷油降低排放和噪声的机理分析

已报道过采用多次喷油的预混合压缩着火技术降低排放、噪声和燃油耗的柴油机燃烧系统。这一燃烧系统的关键是第2次喷油的喷油定时和喷油量。运用光学发动机的缸内可视化和数值模拟技术发现,浓混合气区域的火焰氧化加速,通过设定最佳的第2次喷油定时,以及适当的喷射间隔,可以抑制喷嘴附近区域碳粒的形成。燃烧噪声频谱分析发现,在2个压力升高率峰值之间,燃烧噪声得以降低。     

辛烷值对发动机性能和燃烧特性影响的研究

通过发动机台架试验,对3种不同辛烷值汽油的燃烧特性、燃油经济性和排放性能进行了研究。试验研究结果表明,汽油辛烷值越低,其着火落后期和燃烧持续期越短,火焰传播速度和燃烧放热越快;燃用低辛烷值的汽油可以提高热效率,改善发动机的燃油消耗率;3种辛烷值汽油的THC,CO和NOx排放相差不大。     

丁醇汽油混合燃料在缸内直喷发动机中的燃烧特性研究

为探究丁醇对发动机燃烧的影响,选取甲苯标准参考燃料(TPRF)与各类丁醇的同分异构体的混合燃料进行了发动机可视化试验研究.试验基于直喷点燃式光学发动机,结合高速摄影及缸内压力测试等手段,进行了不同TPRF-丁醇燃料的火焰图像处理及分析,并结合燃烧分析仪测试了发动机的燃烧性能.试验结果表明:正丁醇与TPRF的混合燃料的火焰速率及火焰面积扩张速率最高,而叔丁醇与TPRF的混合燃料最低;丁醇的添加会抑制TPRF的着火倾向,导致燃烧持续期和着火延迟期明显延长,延长效果由大到小依次为叔丁醇、仲丁醇、异丁醇、正丁醇;由于丁醇的热值更低,黏度和汽化潜热更高,掺混丁醇后发动机平均有效指示压力也有显著降低.     

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。     

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。     

新一代清洁柴油机SKYACTIV-D的燃烧控制技术

介绍了马自达公司在发动机燃烧技术研究中的创新点——模型控制概念。着重论述了建立状态量预测模型以进行燃烧室壁温预测模型控制,建立热释放系数模型以进行轻负荷预混燃烧的着火定时的模型控制以及中高负荷扩散燃烧的预燃模型控制。这类模型控制的实质是使用了基于物理现象的经验公式,以及根据实体发动机数据鉴定模型常数的前馈型,充分利用车载发动机控制装置的燃烧控制技术。清洁柴油机SKYACTIV-D利用这种燃烧控制技术有效改善了发动机的燃油经济性、排放特性及噪声品质。     

基于缸内流动喷雾燃烧CFD仿真的直喷汽油机燃烧系统优化设计

对一款1.0L三缸增压直喷汽油机,建立了燃烧系统CFD仿真模型,并详细描述了换气、喷油器喷雾特性等边界条件的设置。分析了其额定功率点下的缸内瞬态流动、喷雾、混合气形成以及燃烧过程。原设计状态下,点火前缸内湍动能分布以及燃油浓度分布不够合理,火焰传播不对称,存在爆震风险。通过优化设计进气道及活塞冠面,缸内滚流运动及点火前湍动能提升,燃油浓度分布改善,燃烧速度加快约3°CA,同时由于omega涡流降低,排气侧湍动能改善,火焰均匀传播到气缸四周。最终的设计方案下,滚流、湍动能、火花塞周围流场、湿壁、燃油浓度分布以及火焰传播均能满足工程目标。在随后的单缸光学可视化发动机试验中,各工况下的混合气形成、湿壁及燃烧均能满足要求。     

二甲醚/甲醇混合燃料燃烧数值模拟研究

均质充量压缩着火燃烧(HCCI)技术的提出为内燃机的发展开辟了一种更为节能高效、绿色环保的新模式,着火性能差异较大的两种燃料掺混是实现均质混合压燃着火控制的有效方法。文章利用CHEMKIN化学反应动力学模拟软件对二甲醚(DME)/甲醇混合燃料均质混合压燃燃烧过程进行了数值模拟研究,重点分析了燃料掺混比、过量空气系数、发动机转速以及进气温度对HCCI发动机燃烧特性的影响规律。     

清洁燃烧发动机先进点火系统的研究综述(英文)

综述了近年来在先进点火方法和系统方面的快速进展。介绍了发动机点火的基本物理原理(它决定了点火系统的改进方向)和相关发动机以及容弹的实验结果,主要包括:高能量火花放电点火﹑高压脉冲放电点火﹑射频等离子体点火﹑激光点火。根据大量研究报道以及本文作者的实验研究结果 ,对多种点火系统的效果及应用挑战做出综合评价。结论为:未来清洁燃烧内燃机趋向于采用稀释工质低温燃烧策略,以提高汽车发动机燃油经济性并降低排放。先进缸内混合气控制手段包括:降低工质活性﹑非均匀分布以及增强气流等,然而所有这些手段也会增加发动机着火控制的难度。先进的高能量点火系统能够用来改善未来高效清洁发动机的点火控制。     

CNG发动机和汽油机燃烧的比较分析

CNG发动机与汽油机的燃烧同为预混湍流燃烧,但火焰传播速度、着火延迟期及混合气热值均不同。为在汽油机上改燃CNG或CNG/汽油两用燃料发动机发挥CNG燃烧的优点,针对CNG燃烧特点设计发动机,才能达到较高的输出功率和较低的排放。     

改善车用发动机燃油经济性的微波等离子燃烧系统

研究表明,在改善车用发动机燃油经济性的技术中,应该着重开发性价比(改善效果与投入经费之比)更好的技术,如增加废气再循环量、降低发动机摩擦、凸轮相位控制,以及等离子燃烧系统等。介绍基于微波脉冲振荡控制的非平衡等离子燃烧技术,以及该技术应用与车用发动机的研发情况和改善燃油经济性的效果。     

米勒循环对增压直喷汽油机燃烧性能影响的模拟研究

米勒循环通过改变配气策略实现膨胀比大于实际压缩比的效果,从而提高发动机的热效率并降低燃油消耗率,因此被认为是改善小型GDI发动机燃油经济性的重要途径之一.然而,关于米勒循环对汽油机燃烧性能影响的微观机制并不明确,因此利用一维仿真软件GT-POWER和三维CFD软件CONVERGE,针对不同米勒循环策略对GDI发动机的进气以及缸内燃烧过程的影响进行了数值模拟研究.结果表明:在中低转速时,进气门早关策略在改善发动机燃油经济性方面要优于进气门晚关策略,同时不会对扭矩造成太大的负面影响;而进气门晚关能够显著提高燃烧过程中的缸内湍动能,增强油气混合过程.此外,在着火后,进气门晚关的缸内整体温度比进气门早关的低,同时高温区域较小,因此在抑制发动机爆震方面的能力要优于进气门早关策略.     

均质充量压缩着火燃烧技术及其研究进展

均质充量压缩着火发动机由于其混合气是预混合好的，因此可以减少甚至达到无颗粒物排放；又由于是压缩着火而且没有节气门的节流损失，可导致高的热效率。分析了均质充量压缩着火的益处及技术难点，论述了其研究现状及在可变压缩比、可变配气相位及着火添加剂等几个方面的燃烧控制技术，并对其适用燃油也进行了研究。     

基于可控循环着火的电控汽油机冷起动性能研究

通过对冷起动循环的示功图和瞬时转速的实时测量和分析，研究了汽油机起动循环燃油喷射脉宽及喷射次数对冷起动着火特性和HC排放的影响，特别对如何实现可控循环着火进行了基于首次着火循环特性分析的单循环和多循环燃烧研究。试验在一台四行程、水冷125mL单缸电控喷射点燃式发动机上进行。     

提高可变气门机构汽油机的效率

在VTEC机构的DOHC发动机基础上进行了改进，开发了VTEC－E，VTEC，DOHC VTEC三种较为理想的新系列，其主要性能及参数见表1，对于VTECE发动机，采用了缩短燃烧时间，提高着火性，规定稳定燃烧的极限及控制空燃比等技术，在低转速区域，用停止一个进气门工作来实现稀燃，降低了燃油消耗，在高转速区域，用四气门全部工作，实现高功率性能，VTEC发动机用改变进气正时和升程的办法，兼备低转速区域的大扭矩与高转速区域的大功率，DOHC VTEC发动机通过分别改变进，排气门正时和升程的,办法，同时实现高转速高功率与低转速大扭矩。     

进气道对增压汽油机流动特性及性能的影响

基于某款增压发动机,通过C FD软件对不同进气道的进气组织及燃烧过程进行模拟计算,并分析了气道对发动机着火特性和燃烧参数的影响。研究结果表明：减小气道拐角半径 R或进气门直径,均可提高发动机滚流比和湍流强度;火花塞处较低的湍动能强度不利于火焰中心的形成;湍动能较强区域位于燃烧室中间区域更有利于点火之后火焰向四周迅速传播,优化了发动机的燃烧过程。     

汽油——氢混合燃料燃烧的试验研究

在汽油——空气混合气中,添加部分氢气,可扩大混合气的着火界限,提高火焰传播速度,加快稀薄混合气的燃烧速度,从而提高发动机的经济性,改善排放特性。本文探讨了汽油机燃用汽油——氢混合燃料提高经济性和改善排放特性的可能性,介绍了在单缸试验机及车用四缸发动机中,燃用混合燃料,提高热效率和经济性以及降低排放所获得的研究成果。     

预燃室催化燃烧对HCCI发动机燃烧特性的影响

对预燃室壁涂有催化剂的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程进行了数值计算,分析了催化燃烧对HCCI发动机燃烧特性的影响;同时分析了预燃室内催化剂种类、过量空气系数、进气温度、进气速度、缸径以及预燃室壁温对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,预燃室存在催化燃烧时对HCCI发动机的着火时刻有很大的影响:随着过量空气系数及预燃室进气速度的增加,HCCI发动机的着火时刻提前;催化剂种类、预燃室缸径以及预燃室壁温对HCCI发动机着火时刻影响不显著,但对缸内燃烧温度影响显著。     

不同辛烷值参比燃料HCCI燃烧特性的试验研究

对不同辛烷值基本参比燃料及其混合物在高速4缸柴油机上进行单缸HCCI燃烧试验,研究了燃料辛烷值、发动机冷却水温度、进气温度以及冷EGR率对HCCI发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明;在同一当量比下,随燃料辛烷值增大,着火时刻推迟,燃烧放热速率降低,HC和CO排放增大。HCCI燃烧随负荷的增大、EGR牢的减小、进气温度和冷卸水温度的升高,着火时刻提前,燃烧放热速率加快。     

滚流对火花点火式发动机性能的影响

火花点火发动机气缸内空气运动的滚流与涡流一样，都可以增加燃烧室中的湍流强度，提高火焰传播速度和燃烧速率，从而改善燃烧过程，提高发动机的动力性能。本文详细介绍了滚流形成机理和影响滚流的气道参数。对2气门TJ376Q发动机的试验结果表明：新进气道的设计提高了缸内空气运动的滚流强度和流量系数，通过进气系统的优化，可以增加发动机最大转矩和最大功率输出，试验在电控燃油喷射下精确控制燃油，降低了最低燃油消耗率。