喷油控制参数对中置喷油器GDI发动机喷雾及燃烧的影响

针对匹配中置高压喷油器的直喷汽油光学发动机,试验研究了不同喷油时刻及喷油压力下的缸内燃烧及喷雾发展特性,分析了燃油喷射控制参数对直喷汽油机缸内喷雾及燃烧的影响规律。研究结果表明:随第三段喷油时刻(θ_(SOI3))提前,燃烧持续期与滞燃期均先减小后增大,燃烧特征参数均在θ_(SOI3)=120°BTDC时存在明显拐点,此时平均指示压力(p_(mi))的循环变动系数C_(OVpmi)相对较小;第三段喷油时刻过晚,活塞上行距上止点较近,易导致油束冲击活塞表面;提高喷油压力可缩短燃烧持续期,有助于改善燃烧定容度,但喷油压力过大,油束贯穿距进一步延长,油束冲击缸壁的倾向增加,滞燃期及燃烧持续期反而延长。     

引燃柴油喷射时刻对缸内直喷天然气燃烧的影响

应用三维数值仿真技术,通过改变微引燃柴油的喷射时刻,对柴油微引燃缸内直喷天然气发动机的燃烧过程进行了模拟。结果表明,保持微引燃柴油及天然气两者的喷射时间间隔及喷射持续期不变,则微引燃柴油喷射时刻越靠后,天然气燃烧过程越远离上止点,燃烧等容度越差,缸内压力和温度的峰值越低,喷油时刻每推后2°,缸内压力峰值约降低7.4%,温度峰值约降低3%,NO的排放减少,炭烟排放基本不受影响。     

ROTAX912冷起动喷雾CFD模拟与分析

随着缸内直喷技术的发展,CFD分析软件在缸内直喷发动机模拟分析中得到了充分利用。直喷发动机缸内混合气形成过程的三维CFD分析对直喷燃烧室设计和喷油策略起到了重要作用。其中,喷油时刻和喷射位置对混合气分布的影响较大。经过对某四冲程活塞发动机的喷雾模拟,得到了较合适的喷油时刻和喷油位置。另外,模拟结果显示多次喷射比单次喷射有更好的混合气分布。     

喷油时刻和EGR对Diesel/MF混合燃料燃烧和排放的影响

在一台压燃式发动机上,进行了燃用2-甲基呋喃(MF)及其与柴油混合燃料的发动机燃烧和排放特性的试验研究。结果表明:喷油时刻接近上止点时,缸内压力峰值降低,废气再循环可明显降低缸内峰值压力和放热率;喷油时刻提前CO排放降低;推迟喷油和采用废气再循环(EGR)可明显降低NOx排放;混合燃料可以明显降低碳烟排放;相同的喷油时刻下,废气再循环对小颗粒的影响较小,对大颗粒的影响较大;喷油时刻越靠近上止点,废气再循环对颗粒数量浓度的影响越大;喷油时刻早于上止点前12.5°CA时,在废气再循环的影响下,大颗粒物数量增多,颗粒物质量浓度也随之增大。     

柴油微引燃乙醇发动机燃烧、性能及排放特性研究

柴油微引燃乙醇发动机采用进气道喷射乙醇、缸内直喷微量柴油引燃的方式进行燃料供给。基于单缸四冲程柴油机,对其燃烧、性能及排放特性进行研究,固定引燃柴油喷射量为发动机能实现压燃着火的最小值,在进气压力为0.15 MPa时比较不同乙醇喷射量的工况组,通过改变柴油喷射时刻进行工况扫描。结果表明,引燃柴油的喷射时刻对发动机的燃烧、性能和排放影响显著。柴油微引燃乙醇发动机在中高负荷能够稳定运行,指示热效率可达34%以上,通过适当调节柴油喷射时刻,可以有效控制未燃碳氢(UHC)、NO_x与CO排放,同时可以实现极低的炭烟排放。柴油微引燃乙醇发动机燃烧模式为预混合或部分预混合燃烧,燃烧有两阶段放热特征,改变引燃柴油喷射时刻,可以有效控制燃烧相位。     

能改善热效率和燃油经济性的汽油机缸内直喷技术

影响汽油机燃油经济性的重要因素是燃油的喷射方式。取代传统进气道喷射方式的缸内燃油直喷技术现已越来越普及。缸内燃油直喷是在燃烧室中央设置喷油器,因此能降低燃油耗。对进气道喷射与缸内直喷这两种喷油方式进行比较,并介绍汽油机缸内直喷技术的基本原理、优缺点,以及其具体应用实例,同时也指出其今后的发展方向。     

对置活塞二冲程缸内直喷汽油机混合气形成的数值研究

针对对置活塞二冲程汽油机缸径小、冲程长的特点,利用三维CFD软件AVL-Fire对缸内喷雾方向进行优化,实现全负荷工况下(6 000r/min)的缸内混合气均匀混合;并且基于优选的喷雾方向,研究部分负荷工况下(2 000r/min)二次喷射策略(不同喷油时刻和喷油比例)对缸内混合气分层分布的影响。结果显示,增大排气侧3束喷雾的中心线与气缸中心面夹角β会导致燃油蒸发率降低,而增大进气侧3束喷雾的中心线与气缸中心面夹角α有利于提高缸内混合气的均匀度;在部分负荷时,当第一次喷油时刻为内止点前140°曲轴转角,第二次喷射时刻为内止点前60°曲轴转角,第二次喷油量为总喷油量的33%时,缸内形成理想的混合气分层分布。     

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。     

对置活塞二冲程汽油机喷油和点火定时影响分析

对对置活塞二冲程缸内直喷汽油机缸内流动、混合气形成和燃烧过程进行数值模拟,以研究喷油定时和点火定时对混合气的形成、燃烧过程和整机性能的影响。结果表明:随着喷油提前角的增大,火焰发展期缩短,快速燃烧期先减小后增大,而在喷油提前角为100°CA时达到最小值;随着点火提前角的增大,火焰发展期延长,快速燃烧期先减小后增大且在点火提前角为20°CA时达到最小值。因此,喷油提前角100°CA、点火提前角20°CA为最佳匹配。此时,可实现点火时刻的均匀混合;同时具有较短的火焰发展期和快速燃烧期,所对应的缸内平均指示压力较高,指示燃油消耗率较低。     

采用空气辅助喷嘴的直喷发动机冷启动混合气形成CFD研究

直喷发动机缸内混合气形成过程的三维CFD分析对直喷燃烧室设计和喷油策略起到了重要作用。其中,喷油时刻对混合气分布的影响较大。经过对某四冲程活塞发动机的喷雾模拟,得到了较合适的喷油时刻。另外,文中采用了夹气喷油器,并与高压喷嘴进行了对比,结果显示采用夹气喷油器后,混合气准备较好。     

喷射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,在一台由1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用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283 K,研究了喷射时刻对甲醇发动机低温(266 K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:推迟喷射时刻能够改善缸内燃烧,使得缸内混合气能够得到较为充分燃烧,减小未燃甲醇排放,当喷射时刻由53°BTDC推迟到49°BTDC时,未燃甲醇排放显著减少;喷射时刻由57°BTDC推迟到49°BTDC时,甲醛排放增大,但当喷射时刻继续推迟到45°BTDC时,缸内最高燃烧温度超过1 200 K,使得甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

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。     

GDI发动机工作过程三维数值模拟

对某缸内直接喷射（GDI）汽油机部分负荷时的喷油、混合气形成及燃烧过程进行模拟,分析了SOI为500、540°CA两种喷油正时对混合气形成和分布的影响及不同点火正时对燃烧性能和排放性能的影响。模拟结果显示,在SOI=500°CA时,混合气分布比较理想,达到了分层稀燃的目标;NOx是高温下的产物,推迟点火可以使NOx排放物减少;当负荷一定时,CO排放物只与空燃比有关,点火提前角对其影响不大。     

TGDI发动机二次喷射优化对排放特性的影响

研究了不同的二次喷射优化策略对涡轮增压直喷汽油机未燃HC和炭烟的影响情况。通过适当的喷油配比、喷油时刻改善燃烧室内燃油混合气分布情况。利用多因子扫描组合,对某工况下不同喷油配比、喷油时刻组合进行了试验研究。结果表明,采用适当的喷油配比、恰当的喷油时刻,能够使油气混合质量较好,炭烟与未燃HC均会减少,排放改善趋势显著。     

增压直喷汽油机喷雾及燃烧特性可视化试验研究

基于可视化光学增压直喷单缸机,对两种形式喷油器匹配两种活塞顶面燃烧室的组合,在两个典型工况下试验研究了喷油相位、喷油次数等参数对发动机喷油雾化、燃烧特性、碳烟排放等方面的影响规律。研究结果表明:在催化器起燃工况,各喷油器和活塞顶面组合均可满足燃烧和碳烟排放等开发目标要求,I-129三角型六孔喷油器缸内混合气分布形态更优;在全油门工况,采用优化喷油时刻的三次喷射策略可有效避免燃烧关键区域的燃油湿壁风险,I-129喷油器匹配P-B平面活塞为最佳硬件组合。     

均质GDI汽油机混合气形成的影响因素研究

文中以一款增压直喷汽油机燃烧系统开发为例,从低速及高速两种工况,研究了气道及燃烧室形状、油束布置方案等因素对缸内混合气形成过程的影响。分析结果显示改变进气道及燃烧室屋脊形状、增加缸盖排气侧挤气面积以及调整油束喷射角度,可以提高缸内滚流运动强度、加强油气混合过程,从而有效改善了点火前缸内混合气的分布情况。研究了高转速下喷油时刻对混合气形成及燃油湿壁情况的影响,结果显示喷油起始角为390°CA时综合效果较好。采用较优方案组合进行的初步性能试验表明,外特性及部分负荷工况下的燃烧效率较高,动力性及经济性基本达到既定目标。     

复合引导二冲程直喷汽油机混合气形成的解析

提出了一种适用于二冲程直喷汽油机的喷雾-壁面复合引导燃烧系统,采用光学纹影法验证了计算方法可行,使用Fire2011数值解析部分负荷工况下分层混合气的形成过程。结果表明:在部分负荷工况下,不同喷射时刻与喷射持续时间内,接近点火时刻(BTDC 20°CA)时从四孔喷油器喷出的汽油喷束,在活塞凹坑的卷吸涡及进气涡流的作用下,会形成稳定的分层混合气构造,其整个燃烧室空燃比达到40∶1以上。     

单段与两段喷射均质直喷汽油机混合气形成研究

针对某均质缸内直喷汽油机低速时燃油湿壁问题,用定容弹试验对喷雾模型进行标定,同时使用FIRE 软件对单段和两段喷油策略的混合气形成过程进行数值模拟研究.结果表明,转速为2000 r/min的全负荷工况下,单段喷油时燃油湿壁现象较为严重,而采用两段喷油可明显改善燃油碰壁情况,且点火时刻缸内混合气均匀性也得到改善;第2段喷油结束时刻越晚,燃油碰壁量越小,混合气浓度分布均匀性越差.     

缸内直喷汽油机喷油及燃烧过程三维数值模拟

对某直喷汽油机部分负荷时的进气、喷油、混合气形成及燃烧过程进行了数值模拟。分析了喷油正时对混合气分布、燃烧性能及排放性能的影响。模拟结果显示,在喷油开始时刻为480°曲轴转角时混合气分布比较理想,达到了分层稀燃的目标。生成物NO的主要来源是参与燃烧的空气中的氮,NO的生成随温度的提高而急剧增加;炭烟生成的条件是高温和缺氧,局部较浓混合气相对缺氧导致炭烟生成。