Thermal load in D.I. diesel engine under EGR operation— measurements of steady state temperature of combustion chamber wall surface and intake gas temperature

The combustion temperature drops with exhaust gas recirculation (EGR), but the mean gas temperature in the combustion chamber may rise due to the rise of intake gas temperature and the drop of excess air ratio. For the verification of these effects, narrow J-type thermocouples were embedded in the piston and cylinder liner of an automobile D.I. diesel engine, and accurate measurements were conducted accordingly.In addition, the authors developed a measuring method of the intake gas temperature flowing between the intake valve and the seat to study the effect on the thermal loads on the combustion chamber wall.     

柴油机准均质混合气形成的数值模拟

利用KIVA-3V模拟了一台单缸二冲程柴油机通过早喷形成准均质混合气的过程,分析了喷嘴的不同结构对缸内混合气浓度场和温度场的影响。模拟计算表明,利用早喷可以形成稀薄准均质混合气;燃烧室形状影响混合气浓度场和温度场。为使稀薄准均质混合气在缸内合理分布,在不改变活塞ω形状的条件下,使用单孔喷嘴能有效避免燃油碰壁的发生。     

汽油机富氧燃烧特性试验研究

在1台4G18汽油机上进行富氧燃烧试验,进气中O2体积分数分别为21%,23%和25%,研究了不同富氧燃烧条件下的缸内压力、瞬时放热率及THC,CO和NOx排放.研究结果表明:在汽油机中低负荷典型工况下,随着进气中O2体积分数的增加,燃烧与排放均有改善,燃烧相位提前,缸内压力峰值和瞬时放热率峰值均增大,THC,CO排放...     

内燃机缸内进气涡流强度对局部传热的影响

试验研究了内燃机缸内进气涡流强度对局部传热的影响。在不同的进气涡流强度和功率条件下测量了ω型活塞燃烧室表面瞬态热流 ,并根据测试结果计算了表面换热系数。结果表明 ,进气涡流强度直接影响着热流的分布 ,适度增强进气涡流强度有利于改善燃烧过程 ,降低燃油消耗率和活塞热负荷。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的燃烧特性

针对1台6缸增压中冷电控高压共轨柴油机,在不改变原柴油机结构和喷油参数的条件下,研究了生物柴油的掺混比例对发动机燃烧特性的影响。结果表明:小负荷时发动机有预喷射,随着生物柴油掺混比的增大,生物柴油-柴油混合燃料的滞燃期缩短、缸内最高燃烧压力下降,预喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值减小,且对应的相位提前;主喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值增大,且对应的相位后移。随着负荷的增大,发动机喷油策略改为单次喷射,随着生物柴油掺混比的增大,缸内最高燃烧压力下降,燃烧持续期缩短,压力升高率峰值略有增大,瞬时燃烧放热率峰值逐渐减小且对应的相位前移。两种不同负荷条件下,随着生物柴油掺混比的增大,混合燃料的指示热效率逐渐下降。     

Applicability of heat transfer equations to hydrogen combustion

Previous research by the authors showed that hydrogen combustion exhibits a higher cooling loss to the combustion chamber wall of an internal combustion engine compared to hydrocarbon combustion because of its higher burning velocity and shorter quenching distance. The high cooling loss means that reduction of the cooling loss is essential to establish a high thermal efficiency in hydrogen combustion engines. This research analyzed the applicability of equations to describe the heat transfer from burning gases to hydrogen combustion. The result shows that equations calculate a lower cooling loss than experimental values, and the use of correction coefficients does not accurately define the actual cooling rate. It is therefore concluded that the derivation of a new heat transfer equation for hydrogen combustion is necessary to improve the thermal efficiency of hydrogen fuelled engines.     

柴油机积碳的成因危害、预防与清除方法

介绍了柴油机积碳的成因,分析了积碳产生的危害,提出了积碳预防及清除的6种方法。指出积碳不仅阻碍了燃烧室和活塞的散热,而且缩小了燃烧室容积,使柴油机动力性下降;所以,在使用中,注意保养以延长柴油机的使用寿命。     

天然气发动机对润滑油的要求

介绍了国内天然气的应用现状、天然气质量及天然气发动机油的特殊性。指出针对不同的发动机、燃气质量,应该选择合适灰分的机油。灰分过低,造成气门磨损加剧;灰分太高,造成气门熔损及燃烧室和活塞沉积物增加,严重时导致活塞环及气缸套磨损。排气门上的沉积物取决于机油的灰分及油耗。     

Modeling of flame-wall interaction for combustion and heat transfer in S.I. engines

A numerical combustion model was developed for an engine CFD code in spark ignition engine combustion chambers. The combustion model features the following new concepts: (1) The introduction of preheated reactants which are produced in the turbulent mixing process and consumed in the reaction process; (2) the modification of the probability of burned and unburned gas blobs meeting each other in consideration of a change in turbulence length scale, which becomes smaller in the near wall region. With the first concept, the model deals with turbulence-reaction controlled combustion in the near wall region as well as turbulence-controlled combustion in the core region. The second concept avoids the unrealistic flame shape due to the near wall acceleration of the turbulent flame propagation, which is inherently seen in combustion models based simply on the turbulent mixing time such as the Magnussen model. It is also shown that the present model gives more realistic local heat fluxes.     

Atkinson循环发动机紧凑型燃烧系统研究

基于Atkinson理论循环建立混合动力汽油机的性能仿真模型,确定出合适的压缩比与配气正时。分别采用增加活塞顶面凸起高度(上凸型燃烧室)和减小缸盖上燃烧室高度的方式来满足Atkinson循环汽油机对压缩比的要求。同时为适应紧凑结构减小气门升程、直径(紧凑型燃烧室)。通过三维CFD计算分析,比较了两种燃烧室缸内燃烧及流动特性,发现紧凑型燃烧室能够在火核形成及扩散时期在缸内产生更高的湍动能,有利于加快火焰传播,使燃烧持续期缩短9.8%~24.4%,可显著提高燃油经济性。在混合动力用Atkinson循环发动机开发中使用紧凑型燃烧室,具有重要的应用价值。     

直喷式柴油机燃烧系统三维可视化设计

本文提出一种能够实现三维可视化的燃烧室内燃油分布和喷雾着壁特性计算的方法。该方法可适于任意形状的燃烧室，能反映出喷油压力，喷油嘴结构及安装位置，进气涡流比等参数与燃烧室形状的匹配关系。对采用梅花型缩口燃烧室的ＣＡ６１１０型柴油机，进行了计算分析及实验研究，对本文的方法进行了验证。     

车用乙醇汽油对发动机进气系统沉积物的影响

通过12 000km道路行车试验及M111发动机台架试验,对比研究乙醇汽油与普通无铅汽油对发动机进气系统沉积物的影响;同时,在M111发动机实验台架上,还对加入清净剂后的乙醇汽油与普通无铅汽油进行了进气阀沉积物与总燃烧室沉积物的实验研究。结果显示:乙醇汽油进气系统沉积物较为严重,应加入有效的汽油清净剂。     

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。     

进气预热对柴油机起动过程动力性能影响的试验分析

为了改善某柴油机的起动特性,自行设计了柴油机进气火焰预热系统。利用基于时间的瞬时数据采集系统,测量了瞬时转速和缸内燃烧压力的变化规律,对不进气预热和进气预热条件下柴油机的起动特性进行了试验研究。试验结果表明:采用进气预热系统后,进气温度升高了18.5℃,柴油机起动过程中转速升高率增大,起动时间明显缩短;输出扭矩增大且波动明显减小;各个循环的最大燃烧压力升高且波动减小,燃油的着火滞燃期明显缩短,其着火过程中发生后燃、循环失火的概率明显减小,燃烧过程进行得更加充分,极大地改善了柴油机的起动性能。     

基于柴油机排气热管理的喷油策略控制试验研究

为有效满足柴油机中低转速、中小负荷工况下颗粒捕集器(DPF)主动再生时的工作温度需求,利用发动机台架试验研究了中低负荷稳态工况下主喷正时、近后喷及次后喷参数等排气热管理主动控制措施对缸内燃烧过程、排气热状态及排放性能的影响规律。稳态试验结果表明:推迟主喷提前角缩短了滞燃期,燃烧持续期延长,缸内最高燃烧压力及峰值温度下降,瞬时放热率峰值减小且燃烧重心后移,同时燃油消耗率及烟度略有增加,DOC入口温度提升也不明显;引入近后喷使得缸内最高燃烧压力降低,但放热率第二峰值及后燃期有所增加,近后喷油量与主-近后喷间隔角的合理匹配能适当提高DOC入口温度,最高增幅可达19.3%,同时也能有效改善NOx排放和烟度;次后喷油量的增加能显著提升DPF入口温度,最大增幅达70%,但会导致燃油消耗率及HC逃逸量增加。依据样机全工况排温分布状态提出各区域升温喷油控制策略:低负荷区域采用"近后喷+次后喷"的喷油组合,并且采用较大喷油量;中大负荷区域逐渐减少近后喷,直至无近后喷,同时将主喷适当提前。     

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。     

大气压力和冷却液温度对柴油机性能影响的试验研究

利用内燃机高海拔(低气压)模拟试验系统,研究了大气压力和冷却液温度对柴油机性能与燃烧特性的影响规律。试验结果表明:随着进气压力降低,柴油机最高燃烧压力下降,缸内平均温度大幅升高,燃烧始点推迟且持续期延长,后燃严重,燃烧过程未能及时释放热量,动力性能和燃料经济性下降明显;随着冷却液温度的升高,最高燃烧压力增大,燃烧始点提前且持续期略有延长,燃烧重心略微前移,燃烧放热率减小,且大气压力越低冷却液温度对柴油机燃烧过程的影响越明显。在高海拔(低气压)条件下,提高柴油机冷却液工作温度,可以明显减少冷却液散热量,提高柴油机的热-功转换效率,显著改善柴油机的高原动力性和经济性,同时柴油机热负荷升高幅度并不大。     

醇类汽油清净性研究

从清净性的角度出发,用实验室模拟手段以及Ford 2.3 L标准发动机台架对乙醇汽油以及低碳醇汽油进行了研究。在汽油中加入乙醇后,进气阀以及燃烧室沉积物均减少,但应加大汽油清净剂的剂量,并且应针对醇类汽油开发性能更为优异的专用汽油清净剂。     

气缸壁涂加催化剂对均质压燃发动机燃烧特性的影响

通过修改CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对气缸壁涂有催化剂的HCCI燃烧过程进行了数值计算。对比分析了缸内催化燃烧对HCCI发动机的着火时刻及NOx排放的影响;讨论了当气缸壁涂有催化剂时进气温度、进气压力、压缩比、过量空气系数及催化剂种类等多种工况参数对HCCI燃烧特性的影响。     

燃烧室形状对双燃料发动机性能影响的模拟分析

利用STAR‐CD软件模拟研究了3种燃烧室形状对柴油‐天然气双燃料发动机性能的影响,3种燃烧室分别为ω形燃烧室、八边哑铃形燃烧室和圆柱形燃烧室。研究发现,八边哑铃形燃烧室因为减小了喉口直径,增加了挤流强度,使得气缸内的湍动能增强,火焰传播速度加快,燃料利用率提高,同时,在燃烧室的底部设计凸台,能引导燃烧室内的气流运动,并引导柴油向燃烧室的底部扩散,促进着火点的广泛分布。因此,八边哑铃形燃烧室的缸内平均压力、平均温度和指示热效率最高,天然气剩余比例最小。