进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机热效率与动力边界拓展的影响研究

针对氩气循环氢燃料发动机工质比热容比高，会引起异常燃烧现象，从而限制其热效率提升效果的问题，通过仿真和试验分析了进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机的热力学参数和爆震的影响，并通过结合缸内直喷和进气增压，联合优化点火策略、喷射策略以及喷水策略，最终获得了最高62.41%的指示热效率（总指示热效率58.62%）。     

可变进气凸轮对增压直喷汽油机经济性的影响

在1台直喷增压汽油机上应用可变进气凸轮技术,研究了不同凸轮型线对发动机部分负荷工况经济性的影响.研究所用的可变凸轮由长行程凸轮和短行程凸轮组成,长、短行程凸轮切换通过电磁阀控制实现.研究结果表明,短行程凸轮通过进气门早关实现米勒循环,进气压力提升后有利于降低泵气损失和缸内残余废气系数.短行程凸轮应用在不同负荷下降低燃油消耗率1.9％～3.4％,不同工况下节油机理不尽相同.对于非爆震限制工况,如平均有效压力为0.5 MPa工况,短行程凸轮应用导致燃烧持续期延长,而油耗降低的主要影响因素为未燃损失下降和机械损失降低;对于爆震限制工况,如平均有效压力为0.8～1.7 MPa工况,短行程凸轮应用明显改善燃烧相位,油耗降低的主要影响因素是燃烧定容度增加导致的指示热效率提高.     

进气道喷水对汽油机燃烧特性影响的三维数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)软件对1台缸内直喷汽油机在转速5500r/min、平均有效压力(BMEP)约为2MPa的工况下建立了缸内直喷汽油、进气道喷水的双喷射发动机三维性能仿真模型。研究了不同喷水比例和点火时刻下的缸内油气混合和燃烧特性的结果,评估了进气道喷水对于提高发动机效率的潜力。研究结果表明,进气门开启初期液态水蒸发较快。随着喷水比例的提高,过量空气系数增大,缸内温度和过量空气系数的均匀性均得以优化。相对于不喷水状态,进气道喷水能够有效降低缸内温度。在BMEP相近时,相对于不喷水状态,进气道喷水的指示热效率有所增加。进气道喷水可以降低火焰传播速度,需提前点火时刻来维持燃烧相位。     

小排量直喷增压汽油机喷水技术应用研究

汽油机喷水技术通过向燃烧室内喷水降低发动机爆震倾向,降低燃油消耗并改善排放,近年来逐渐成为新研究热点。首先对喷水器的喷雾特性进行了试验研究,并利用CFD仿真分析方法在某1.5 L直喷涡轮增压发动机上设计了进气道喷水方案,最后开展了3 000 r/min@1.4 MPa和5 500 r/min WOT工况下的台架试验研究。研究结果表明:汽油机采用喷水技术可以有效抑制爆震,改善燃油经济性。在高速大负荷工况,喷水可取代燃油加浓策略来降低排气温度,实现当量比燃烧。     

主动射流点火天然气发动机的燃烧控制策略

本文研究了天然气发动机主动射流点火模式下喷射压力和喷射脉宽对射流燃烧特性的影响。试验条件为：保持进气道压力为0.08 MPa、进气道天然气喷射脉宽为18 ms、调整射流室天然气主动喷射压力从0.5 MPa依次增加到3.0 MPa,增量间隔为0.5 MPa,主动喷射脉宽从1 ms依次增加到5 ms,增量间隔为1 ms。发动机的转速为800 r/min,点火时刻为-24°CA ATDC。试验结果表明,相比于被动射流点火,主动射流点火可提高峰值放热速率,加速燃烧。主动喷射压力和脉宽过低时,循环波动率（COV）大;随着主动喷射压力或脉宽增加,燃烧稳定（COV<1.5%）;继续增加主动喷射压力或脉宽对燃烧稳定性的影响不大。随着主动喷射压力和脉宽的增大,发动机峰值压力和峰值放热速率增加,初始阶段燃烧速度加快,但整体燃烧持续期变长。在固定点火时刻条件下,较低的主动喷射压力和脉宽实现更高的发动机指示热效率。主动喷射压力为0.5 MPa,主动喷射脉宽为2～5 ms时,发动机取得最高的指示热效率,优化后的指示热效率提高了2.8%。     

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。     

理论空燃比下废气再循环率对汽油机性能的影响

为了提高某增压汽油机的性能,将其压缩比提高到11.5,并加装一套EGR循环系统。通过台架试验,在低速小负荷和中速中负荷工况下,研究了理论空燃比下废气再循环率对改造后汽油机性能的影响。结果表明:当EGR率小于20%时,采用合适的EGR率配合优化的点火时刻,可以使该发动机燃烧稳定,在保证发动机动力性的同时,指示热效率随着EGR率的增加不断升高;与无EGR时相比,EGR率为20%时,有效燃油消耗率在低速小负荷工况下降低了约4.5%,中速中负荷工况下降低了9.7%;随着EGR率的增加,THC排放增加,而NOx排放显著降低,CO排放在低速小负荷时出现上下波动的现象,而在中速中负荷工况时,随着EGR率的增加不断降低。     

点火正时和EGR对甲醇发动机爆震特性影响研究

以一台改装的点火式甲醇发动机为研究对象,通过控制进气压力保证每循环油量为定值,并且按过量空气系数为1进行燃烧,应用CFD软件Fire在易发生爆震的低速大负荷工况分别研究点火正时、EGR率和EGR温度对该发动机爆震指数的影响。结果表明:推迟点火正时可以使压力波动出现在缸压的下降段,有效改善爆震;随EGR率增加,初始爆震指数变化并不明显,之后爆震指数迅速下降;随EGR温度的降低,爆震指数也随之减小;上述3种方式中使用冷EGR降低爆震对缸压的影响最小。     

聚甲氧基二甲醚与柴油混合燃料的燃烧与排放特性

聚甲氧基二甲醚(PODEn)是一种高含氧、高十六烷值的新型燃料。为了降低柴油机的颗粒物排放,该文在一台轻型柴油机和一台重型柴油机上对柴油和10%、20%PODE3-4/柴油混合燃料进行了燃烧、排放和热效率的测试。结果表明:添加20%的PODE3-4,轻型柴油机大负荷工况下的碳烟排放下降90%,指示热效率能够提高2%;重型柴油机欧洲稳态循环(ESC)的颗粒物(PM)排放下降36.2%,有效热效率上升0.8%。添加PODE3-4,在指示平均有效压力(IMEP)为0.2~0.6 MPa时,对放热率曲线影响不大;在IMEP为0.8 MPa时,使主喷放热的滞燃期延长,主喷放热峰值增加。因此,PODEn是很有前景的柴油添加成分。     

较高压缩比对柴油机性能影响的研究

为了提高发动机的有效热效率,必须尽量减少各种损失,例如理论热效率中的冷却损失和摩擦损失。然而,除了减少各种损失外还必须提高理论热效率。在努力提高商用车用大型柴油机有效热效率的工作中,重点研究关注了影响发动机理论热效率的2个重要因素:压缩比和比热比。根据这2个因素所起的作用而进行理论热力学循环分析,预计将压缩比从基本发动机的17提高到26,并增加比热比,使理论热效率得到显著的提高。利用1台单缸发动机研究了上述2个因素对指示热效率和有效热效率的影响。通过改变燃烧室容积来改变几何压缩比,通过外部供气系统调节过量空气和EGR率来控制缸内气体的比热比。由初步理论分析得知,理论热效率可提高8%(较高压缩比和较高比热比相结合时),指示热效率和有效热效率分别可提高6%和4%。     

电喷汽油机爆燃控制的策略及试验研究

介绍了BOSCH汽油机电喷系统爆燃识别及爆燃控制的策略,分析讨论了带有爆燃控制的发动机管理系统在协调发动机动力性、经济性与爆燃安全性等方面的优势,试验研究了不同爆燃情况下的发动机性能及排放的差异,以及系统过量空气系数和进气温度与爆燃边界点火提前角的关系。     

高负荷下应用米勒循环提升高压比汽油机热效率机理研究

对高负荷工况下应用进气阀早关(EIVC)或者迟关(LIVC)技术实现的米勒循环进行仿真计算,基于热力学第一定律比较分析两者改善高压缩比增压直喷汽油机热效率的机理。结果表明:几何压缩比的增加提高了发动机的理论热效率,但由于高负荷时的爆震限制使油耗恶化了1.9%;米勒循环的应用可以有效降低爆震倾向,与原发动机相比,采用EIVC与LIVC策略燃油经济性的分别提升2.4%和3.0%;对比分析EIVC与LIVC对汽油机热效率的影响发现,LIVC策略能使燃烧相位更加优化、缸内燃烧更为充分,使得其燃油改善效果好于EIVC策略。     

喷嘴开启压力对DISI甲醇发动机燃烧和排放的影响

在1台经过改装的1.99L自然吸气缸内直喷点燃式甲醇发动机上,进行了喷嘴开启压力对发动机有效热效率、燃烧及排放影响的试验研究。在发动机转速为2 000r/min的各负荷工况下,选取7.5 MPa,12.5 MPa和17.5 MPa 3个喷嘴开启压力进行试验分析。结果表明:随着喷嘴开启压力的降低,发动机有效热效率、最大缸内压力和放热率略微增加,但是在小负荷工况下降低喷嘴开启压力,HC排放和CO排放显著增加,在大负荷工况下提高喷嘴开启压力会使NOx排放显著增加。     

改善火花助然甲醇发动机小负荷经济性的研究

小负荷时经济性差，是火花助燃甲醇发动机存在的主要问题。以1130立式水冷直喷柴油单缸机为对象，研究了点火系统、压缩比、喷油嘴油线分布和喷油嘴针阀开启压力等因素对火花助燃甲醇发动机小负荷时经济性的影响，并将之与柴油发动机进行了对比分析。     

正丁醇预混合气对轻型柴油机热效率和排放的影响

对1台轻型柴油机进气道进行改装,从而在进气道中形成均质丁醇预混合气。研究了在不同工况下正丁醇预混比对发动机指示热效率和排放的影响。研究结果表明:随着丁醇预混比例的增加,发动机指示热效率呈现上升的趋势,转速为3 350r/min,平均指示压力为1MPa时指示热效率的提升率达到最大为4.3%;压力升高率过大,限制了在大负荷条件下使用更高的丁醇预混比例;随着丁醇预混比例的增加,发动机soot和NO_x排放明显改善,而CO和HC排放均随着丁醇预混比的增加而增大。     

Combined effect of boost pressure and injection timing on the performance and combustion of CNG in a DI spark ignition engine

There is an increasing interest in supercharging spark ignition engines operating on CNG (compressed natural gas) mainly due to its superior knock resisting properties. However, there is a penalty in volumetric efficiency when directly injecting the gaseous fuel at early and partial injection timings. The present work reports the combined effects of a small boost pressure and injection timing on performance and combustion of CNG fueled DI (direct injection) engine. The experimental tests were carried out on a 4-stroke DI spark ignition engine with a compression ratio of 14. Early injection timing, when inlet valves are still open (at 300°BTDC), and partial injection timing, in which part of the injection occurs after the inlet valves are closed (at 180°BTDC), were varied at each operating speed with variation of the boost pressure from 2.5 to 10 kPa. A narrow angle injector (NAI) was used to increase the mixing rate at engine speeds between 2000 and 5000 rpm. Similar experiments were conducted on a naturally aspirated engine and the results were then compared with that of the boosting system to examine the combined effects of boost pressure and injection timing. It was observed that boost pressure above 7.5 kPa resulted in an improvement of performance and combustion of CNG DI engine at all operating speeds. This was manifested in the faster heat release rates and mass fraction burned that in turn improved combustion efficiency of the boosting system. An increased in cylinder pressure and temperature was also observed with boost pressure compared to naturally aspirated engine. Moreover, the combustion duration was reduced due to concentration of the heat release near to the top dead center as the result of the boost pressure. Supercharging was also found to reduce the penalty of volumetric efficiency at both the simulated port and partial injection timings.     

TGDI 发动机超级爆震特性研究

研究了单次喷射及二次喷射对涡轮增压直喷汽油机某工况下超级爆震的影响,分析了二次喷射策略下进排气凸轮相位、进气温度、点火提前角、空燃比、发动机水温及曲轴箱通风系统对超级爆震的影响情况。结果表明,采用适当的二次喷射策略能有效抑制超级爆震的发生,增加发动机水温,降低混合气空燃比,适当提前排气相位可以减少超级爆震的频次,进气温度及点火提前角对超级爆震现象的改善不大。     

换气与压缩过程对汽油机燃烧特性的影响研究

针对增压气道喷射汽油机进行了发动机换气与压缩过程对燃烧特性的影响研究,对比了两种状态下的气门升程与配气正时,基于发动机试验台架测试数据,重点分析了发动机动力性、经济性和燃烧特性。试验数据表明了配气相位的改变对燃烧有较大的影响,可使燃烧效率大幅度提高,爆震倾向减小。同时基于AVL-fire软件进行发动机进气与压缩过程三维CFD分析,分析结果表明:对燃烧特性的影响不能仅靠瞬态滚流比和缸内平均湍动能进行判断,真正影响燃烧的是火花塞附近湍动能的变化,即发动机换气与压缩过程对燃烧特性的影响来自压缩上止点火花塞附近的湍动能。     

基于冷却 EGR和压缩比的增压汽油机燃油经济性优化

通过冷却EGR结合高几何压缩比的方式来改善发动机热效率,利用GT‐Power软件建立并标定了发动机热力学循环仿真模型,预测了带外部冷却EGR系统的进气道喷射发动机提高压缩比后的性能。提出了一种考虑EGR影响的爆震预测方法,并进行了试验验证,通过神经网络结合遗传算法及一维热力学模型对冷却 EGR发动机的几何压缩比进行了预测优化。结果表明,提高压缩比后可以在基本不损失外特性扭矩输出的前提下进一步提高发动机的热效率。     

DME预混合引导进气实现PCCI-DI燃烧的试验研究

在单缸二甲醚发动机上开展了从进气管导入部分DME实现PCCI-DI燃烧的试验研究。结果表明,采用PCCI-DI工作模式时发动机可在较宽广的转速和负荷下运行,热效率增加,NOx排放下降,但HC和CO排放有所上升;随着进气管中导入的二甲醚量的增加,NOx,HC和CO排放都随之增加;此外,发动机采用PCCI-DI工作方式时,供油提前角可在原DME直喷压燃发动机的基础上进一步推迟。