缸内直喷式汽油机工作过程三维数值模拟

将一台柴油机改装为缸内直喷式汽油机,采用KIVA-Ⅱ软件时缸内直喷式汽油机的两个典型工况(分层燃烧和均质预混合燃烧)的燃烧过程进行了三维数值模拟。计算结果表明,采用分层燃烧和均质预混合燃烧具有不同的火焰传播方式和特点。     

新型燃油喷射缸内直喷二冲程汽油机的研究与开发(续2)

5初步试验结果及分析 5．1点火提前角对直喷发动机的影响 转速为4500r／min，节气门10％、50％及100％开度时点火提前角θ（喷油量G和喷油提前角φ保持不变）对油耗和HC的影响如图9所示，图中ge为燃油消耗率。可以看出，点火提前角对油耗的影响趋势大致是一条U型曲线，在一个合适的最佳角度下油耗最少；而在点火提前角不是特别大的时候，它对HC和CO的影响不大。这是因为当点火提前角非常小时，后燃严重；而当点火提前角太大时，缸内燃烧大部分在上死点以前就完成了，从而活塞消耗的压缩负功增加，使得油耗升高。但是若点火提前角太大则会引起爆震从而使HC升高，随着点火提前角的增大，缸内温度上升，NOx就会相应升高，不过总的水平很低。     

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.     

面向缸内直喷汽油机燃烧调控中若干基础问题研究综述

汽油机缸内直喷技术可比进气道喷射自然吸气均质混合气汽油机热效率提高20-25%。然而稀燃时火焰传播速率低,火核生成困难,因此采用分层混合气燃烧组织方式用于提高点火性能和燃烧速率,采用提高缸内充量运动强度和废气再循环在保证燃烧速率的同时降低NOx排放。因此对缸内直喷汽油机燃烧调控进行研究具有提高内燃机利用效率的意义。     

新型汽油机缸内直喷燃烧系统的研究

所开发的汽油机缸内直喷燃烧系统基于射流燃烧系统，由燃烧系统、燃油供给系统和相应的电控系统3部分组成。根据喷油器不同布置方案，设计了2种燃烧室。所开发的汽油机缸内直喷燃烧系统的高压供油系统能基本满足系统喷油要求，研制的电控系统基于PC机，可在线调整控制参数和采集数据。通过一台改装的单缸试验机，研究了喷油正时对发动机运转性能的影响。     

基于2阶段喷射的缸内直喷汽油机HCCI燃烧的研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用2阶段燃油喷射技术来控制缸内混合气形成和燃烧，在GDI发动机上实现了均质混合气压燃（HCCI）燃烧方式，研究了缸内2阶段汽油喷射对HCCI燃烧特性的影响。结果表明，压缩行程中的第2次喷油时间可以有效地控制燃烧始点，二次喷油持续期可以控制燃烧速率、燃烧相位和拓宽发动机负荷。     

均质缸内直喷汽油机混合气形成过程的数值分析

针对某缸内直喷汽油机进行了喷油器喷嘴内部流场的多相流仿真分析,并将其结果作为初始条件输入到喷射模型中.将校定后喷射模型集成到缸内混合气动态分析模型,进而对发动机的缸内燃油与空气混合过程进行了欧拉--拉格朗日仿真分析.通过比较两款不同喷束的喷油器发现:缸内混合气的均匀度对于喷束布置较为敏感,比较宽广的喷束布置方案易于得到更加均匀的混合气.     

一款1.5L缸内直喷汽油机的燃烧系统设计

基于进气道三维流场测试装置、定容弹喷雾试验台和光学单缸机测试系统组成的缸内直喷汽油机燃烧系统可视化开发平台,开发设计了满足设计要求的高性能进气道,并匹配了缸盖燃烧室和活塞,有助于缸内混合气的形成,提高燃烧速率;综合考虑排放与机油稀释量的基础上,优化设计了喷雾靶点。对所设计的燃烧系统进行了光学单缸机试验和热力学多缸机试验验证。结果表明,进气道和燃烧室组织引导的气流在缸内形成高滚流,对喷雾油束有强烈的弯卷作用,极大促进了均质混合气的形成,并减小喷雾碰壁的风险;喷雾靶点的合理设计有效避免喷雾油束与壁面的碰撞,减少了机油稀释率和起燃工况HC排放;所设计的燃烧系统搭载1.5TGDI发动机实现了80kW/L、最大扭矩250N·m、排放较低的性能指标。     

缸内直喷汽油机的喷雾模拟

在定容弹内测量了某直列4缸均质缸内直喷汽油机不同时刻的喷雾油束形状和喷油器附近位置的喷雾液滴直径及速度分布,并在CFD模型中进行了喷雾的标定.分析了原机缸内喷雾、混合情况.研究了喷雾锥角、喷孔布置对缸内混合气均匀性的影响,论述了在低转速、部分负荷时加进气翻板的作用.结果表明,调整喷雾锥角、喷孔布置方式可以改善直喷汽油机缸内空燃比分布的均匀性;采用进气翻板可以提高发动机低转速部分负荷时缸内的滚流比及紊流强度,从而改善缸内混合气质量及加快缸内燃烧速度.     

进气可变滚流系统应用于缸内直喷汽油机的数值模拟

建立了缸内直喷(GDI)汽油机三维数值模型,在分析原机工作过程的基础上引入了可变进气滚流系统(VITS)。首先采用稳态CFD方法对两种方案进行了分析,进气可变滚流系统工作时气门最大升程的流量系数降低56%,滚流比提高221%。然后对该发动机进气、压缩和油气混合过程进行了瞬态CFD分析,结果显示,可变进气滚流系统工作时,在缸内能形成更规则的大尺度漩涡,与原机相比燃油蒸发速度更快,混合气均匀性更好,适用于GDI发动机均质燃烧模式。     

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。     

缸内直喷LNG发动机燃烧过程测量分析

将1台直列4缸汽油机改装为缸内直喷LNG发动机,用自行开发的发动机工作过程测量分析系统测量其缸内压力.分析了标定转速和最大扭矩转速下最高燃烧压力、压力升高率、缸内温度的变化,并计算分析了其放热规律.结果表明:与汽油机相比,改装后的天然气发动机燃烧较慢,后燃现象较严重;最大扭矩点的最大压力及最大压力升高率大于标定点;转速...     

缸内直喷技术在小型汽油机上的应用研究

在1台单缸发动机上进行了汽油缸内直喷研究,设计了燃油供应系统、燃油电控喷射及台架测试系统。对部分台架试验结果进行研究分析,结果表明:改装的小型缸内直喷汽油机动力性能和排放性能均有明显改善;喷射时刻对排放有重要影响;在缸内直喷分层难以实现时,缸内直喷均质混合方式也是可行的研究开发方向。     

基于拟序火焰模型的柴油机燃烧过程数值模拟

在分析经典的涡耗散概念燃烧模型(Eddy Dissipation Concept Model)的基础上,着重介绍了3区拟序火焰模型(3 Zones Extended Coherent Flame Model,ECFM-3Z)机理,并对一台直喷式柴油机的单缸燃烧过程进行了数值模拟。通过模拟计算与试验结果的对比分析发现,计算所得的缸内压力、燃烧放热速率和排放生成物与试验结果吻合良好,表明所应用的燃烧模型更能真实地反映柴油机燃烧过程,并能较准确地预测排放物的生成。     

DVVT对缸内直喷增压发动机性能影响的试验研究

通过对GDI增压发动机进行DVVT扫点试验,研究了DVVT对GDI增压发动机外特性性能、部分负荷燃油经济性和怠速稳定性的影响。试验结果表明:对于试验发动机的凸轮轴型线而言,排气VVT的开启对发动机性能起到负面影响;外特性方面,中等转速工况采用较大的气门重叠角可提高体积效率;高转速采用较小的气门重叠角可提高充量系数;怠速和部分负荷工况下,较小的气门重叠角对改善发动机稳定性有一定帮助。     

燃烧室形状对直喷式柴油机燃烧过程影响的仿真研究

利用CFD模拟软件Fire模拟研究了柴油机不同径深比的缩口形燃烧室对缸内混合气形成、燃烧过程和排放物形成的影响。研究结果表明:三维仿真模拟缸内压力和放热率曲线与试验值基本一致;SF5型燃烧室喷雾贯穿距长,喷雾碰壁早,燃油蒸气反弹使得喷雾分布不均匀,局部出现缺氧,炭烟排放较高;SF5型燃烧室缸内混合气混合良好,燃烧完全,缸内温度较高,NOx生成量大,可以采取推迟喷油的方式降低缸内燃烧温度,从而降低NOx排放。     

基于LIVC和双VVT技术的增压直喷汽油机抑制爆震试验研究

在1台涡轮增压缸内直喷汽油机上,利用双可变气门正时(双VVT)技术结合进气门晚关凸轮轴(LIVC凸轮轴)来抑制爆震。在实现爆震抑制策略后,采用更高的几何压缩比来进一步提高热效率,改善发动机的燃油经济性。试验结果表明,在1 300r/min,200N.m这一典型的爆震工况点,通过减小气门重叠角,降低发动机扫气量,可以有效提高燃油经济性。推迟进气门和排气门相位均可以实现对爆震的抑制,结合使用LIVC凸轮,使得发动机抗爆震性能进一步大幅度提升。在原机9.3的压缩比下,点火角得以提前,接近最大扭矩点火角(MBT点)。将几何压缩比由9.3提高到了10.9后,抗爆震性能和原机相当,并明显改善了发动机的热效率,从而进一步改善了燃油经济性。