不同涂覆配方对缸内直喷发动机颗粒物捕集器性能的影响

为探讨不同涂覆配方对缸内直喷(GDI)发动机在颗粒物捕集器试验中的性能影响,采用台架标定系统PUMA软件对某GDI发动机不同涂覆颗粒物捕集器样件(GPF-A、GPF-B)进行台架试验,试验中未对发动机进行任何改动。试验结果表明:GPF-A、GPF-B的压差基本一致;在颗粒物捕集器温度为650℃下,随着氧流量的增加,GPF-A、GPF-B的燃烧速率均明显升高,且在相同氧流量下,GPF-A的燃烧速率较高;在氧质量流量为500 mg/s下,随着颗粒物捕集器温度的增加,GPF-A、GPF-B的燃烧速率均明显升高,且GPF-A的燃烧速率较高;GPF-A、GPF-B在700℃断油后的内部温度场变化较为一致,GPF-A在断油18 s后从初始温度710℃上升到最高温度960℃,而GPF-B在断油24 s后从初始温度705℃上升到最高温度942℃;发动机在台架中等负荷(70%额定负荷)、中等转速(3 000 r/min)的工况下运行相同时间,GPF-A捕集的载碳量较小,说明在此工况下,GPF-B的捕集效率优于GPF-A。

汽油直喷发动机中的电子控制技术分析

阐述汽油直喷发动机中的电子控制系统分类和特点,其结构有集中式控制系统、分布式控制系统和混合式控制系统。探讨汽油直喷发动机电子控制策略,包括燃油喷射、进气、频率响应控制策略。

米勒循环结合两次喷射对缸内直喷发动机起动工况下混合气的影响

为探究直喷发动机第二次喷油时刻、两次喷油比例对燃油蒸发与混合气形成质量的影响,在一台汽油缸内直喷(GDI)发动机进气门早关(EIVC)米勒循环单次喷射的基础上,采用控制变量的方法,在两次喷油量相同的情况下,设计了7组不同的第二次喷油时刻方案,并在最优喷油正时的基础上,设计了6组不同喷油比例的方案进行试验。结果表明:在压缩冲程中后期,缸内湍动能随着喷油重心的后移而增强;随着二次喷油正时的推迟,更多的燃油附着位置从活塞顶部转向缸套表面;当二次喷油正时为进气上止点后150°曲轴转角、喷油比例为2∶1时,附壁油膜蒸发效果最佳,点火时刻缸内残余油膜量最少,较原机下降95%,并且该条件下当量比分布良好,在火花塞附近形成了当量比为1.3的微浓混合气,有助于火核的形成。

甲醇替代率对甲醇/柴油双直喷发动机性能的影响

为了实现甲醇/柴油双燃料发动机的高热效率和低排放,在一台单缸柴油机上搭建了独立的双直喷系统,开展了甲醇/柴油双直喷发动机运行范围的试验研究。结果表明:在低负荷率工况下,随着甲醇替代率的增加,发动机热效率降低;在中、高负荷率工况下,甲醇的加入有利于提高发动机热效率。在负荷率为79.5%、甲醇替代率为52.4%的工况下,发动机指示热效率达到最大值(43.4%)。同时,随着甲醇替代率的增加,发动机NOx和碳烟排放降低,而HC和CO排放呈现出增加的趋势。此外,在全负荷工况下,探究了最大甲醇替代率及其对发动机热效率的影响,发现双直喷发动机的最大甲醇替代率可以达到96.0%。随着甲醇替代率的增加,发动机指示热效率呈现出先提高后降低的趋势,最高指示热效率发生在甲醇替代率为50.0%的工况下。该研究结果可为甲醇/柴油双直喷发动机性能和排放特性的进一步优化提供试验和数据支持。

氢气缸内直喷发动机燃烧优化及热效率提升研究

基于一台1.5 L氢气缸内直喷发动机,通过试验研究了氢气燃料的燃烧特性,分析了深度增压和喷氢时刻对燃烧及热效率的影响。研究表明:稀燃模式下,随着过量空气系数增加,缸内最高燃烧压力越来越高且对应曲轴转角提前,放热率峰值逐渐下降同时放热始点提前,放热时长变长,缸内燃烧温度和压升率下降。深度增压后,有效热效率可提升3%。靠近上止点喷射时,缸内喷射背压增加,喷射流量减小,提前喷射容易出现早燃,优化喷射策略后的有效热效率达43.5%。

喷射策略对正丁醇/柴油双直喷发动机性能的影响

基于三维计算流体软件,对一台小型柴油机进行改进,通过设置同轴喷油器,实现正丁醇和柴油这两种燃料的缸内直喷。基于该计算模型,研究缸内正丁醇的喷射比例和柴油预喷比例对柴油机燃烧和排放特性的影响。结果表明:随着正丁醇喷射比例的增大,缸压和放热率峰值下降,soot生成量和CO生成量都呈现先增大后减少的趋势,而NO_(x)生成量呈现减少的趋势;随着柴油预喷比例的增大,滞燃期缩短,缸压和放热率峰值上升,soot生成量和CO生成量排放物与正丁醇喷射比例增大的结果趋势相同,而NO_(x)生成量呈现上升的趋势。

基于离散事件的直喷发动机轨压自适应抗扰控制

为了使直喷发动机在工况复杂且多扰动的运行环境中快速精确地响应相应目标轨压,提出了基于离散事件的轨压自适应抗扰控制算法。基于GT⁃Power平台建立被控对象的一维数字模型,通过仿真试验对喷油器和高压泵进行参数辨识,并与试验数据对比以确保模型的准确性。结合泵油、喷油和嵌入式控制器的离散系统,设计扩张状态观测器,利用自适应算法识别总扰动。设计抗扰控制算法,利用得到的总扰动对控制进行补偿。在发动机转速为1500 r/min时,设定5 ms喷油脉宽、8 MPa压力阶跃输入系统,进行仿真试验分析。仿真结果表明:被控对象压力的上升时间为80 ms,即在1个发动机循环内完成;调节时间为100 ms,比单独使用比例−积分(PI)控制降低了50%;稳态误差为±0.2 MPa,比单独使用PI控制降低了60%。

CNG缸内直喷发动机稀薄燃烧火焰传播过程影响因素的研究

在试验用单缸光学发动机上,采用可视化技术研究缸内CNG直喷稀薄燃烧过程中喷射方式和点火方式对火焰传播过程的影响,同时采用双喷油器、双火花塞,分析研究喷射时刻、喷射位置和点火时刻等参数对稀薄燃烧特性和NOx排放特性的影响。结果表明,在稀薄燃烧过程中,火花塞附近的混合气浓度梯度对火焰传播和燃烧稳定性影响很大;混合气浓度梯度越大,循环变动越小,燃烧更稳定,但NOx排放量也增加。可见,控制稀薄燃烧过程的关键是控制火花塞附近的混合气浓度梯度,而它又直接影响NOx的生成。

新型缸内直喷发动机滚流燃烧室设计与研究

为了获得更加节能、环保和高性能的汽油发动机,设计了一种适用于缸内直喷(GDI)发动机的新型滚流燃烧室,并将这种燃烧室应用于4G15缸内直喷发动机进行了实验研究.该燃烧室通过活塞顶上凸起面的作用,合理地组织了缸内气体流动.计算流体动力学(CFD)仿真分析表明,在不使用垂直向下滚流进气道的情况下,该燃烧室同样可以获得理想的滚流强度.实验结果表明,4G15发动机的稀燃极限可达25～27,其中17～19是效率最高的空燃比区间,该区间的效率较原机提高了10%左右.在理论空燃比的情况下,当废气再循环率(EGR)达到7%时,NOx排放的化学计量可以降低到无EGR情况的20%以下.

喷雾-壁面复合引导LPG直喷发动机混合气形成过程的数值解析

利用液化石油气(LPG)优良的燃料特性,提出了一种新的喷雾-壁面复合引导燃烧系统.由激光诱导荧光法(PLIF)验证了计算模型准确性后,使用Fire V2011软件,对复合引导燃烧系统喷油器安装位置、燃料喷射方向和活塞凹坑形状等参数进行了优化,并确定了燃烧系统参数.最后数值解析了典型的部分负荷工况(2,000,r/min)喷雾-壁面复合引导LPG直喷发动机分层混合气的形成过程.结果表明:采用压缩冲程后期(40°,CA BTDC)喷射,在接近点火时刻(20°,CA BTDC)时从3孔喷油器的上部2孔喷出的LPG喷雾和下部1孔喷入燃烧室凹坑,在卷吸涡作用下引导至火花塞电极附近的LPG喷雾将交织在一起,在火花塞电极附近形成稳定的混合气分层构造;而整个燃烧室的空然比达60以上.

用于缸内直喷发动机的燃烧分析系统研究

为适应电控缸内直喷二冲程汽油机的开发 ,建立了一种基于高速采集卡的实时、功能齐全的发动机燃烧分析系统 ,实现对发动机各种动态参数的高速连续采集 ,并对所采集到的热力参数进行分析 ,得到发动机燃烧状况、燃烧规律以及相关的影响因素 ,从而为优化发动机的工作过程提供重要的手段。

压缩天然气缸内直喷发动机喷射方式对混合气形成及燃烧特性影响的模拟

利用FIRE软件仿真分析了将压缩天然气(CNG)燃料按不同喷射方式直接喷入气缸时对微观物理场及火焰传播机理和NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料的混合气形成机理取决于其喷入气缸后相对缸内空气的分离速度,喷射时刻通过控制喷射过程中向气缸喷入的动能来抑制天然气相对空气的分离速度,从而决定浓度场的分布;当早期喷射时缸内易形成上浓下稀的浓度分布,晚喷射时则易形成下浓上稀的混合气;NO的生成速率取决于当时当地的一定的混合气浓度和温度,当当量比或温度偏离某一范围时NO生成速率几乎为零;而NO的最终生成量取决于NO的生成速率、生成区域面积的大小以及生成反应持续时间。

降低直喷发动机NO_x和碳烟排放的试验研究

为了改善自然吸气直喷柴油机的排放性能,试验研究了喷油嘴孔径、喷孔锥角及喷油泵柱塞直径等参数对发动机NOx和碳烟(DS)排放的影响。试验结果表明,在保持发动机动力性及经济性的情况下,优化匹配这些参数,可以改善发动机的排放性能,使之达到美国环境保护局第二阶段非道路用途发动机排放标准的要求。

含水乙醇汽油直喷发动机燃烧与碳烟排放特性

为了深入分析含水乙醇对汽油直喷(Gasoline Direct Injection,GDI)发动机性能的影响,利用CONVERGE软件,结合耦合含水乙醇汽油燃烧机理和碳烟模型,进行了三维模拟,从微观角度研究了GDI发动机结合废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)技术燃用含水乙醇汽油时的燃烧及碳烟生成与排放特性。结果表明:含水乙醇掺混比的增大有助于加快火焰传播速度,进一步缩短燃烧持续期。碳烟前驱物(PAHs)控制碳烟的成核和生长,含水乙醇汽油的含氧特性及高活性的OH可以抑制碳烟生成,与E0(含水乙醇体积分数为0)相比,E20W(含水乙醇体积分数为20%)的碳烟前驱物苯、萘、菲、芘的质量峰值分别降低了60.0%、54.5%、73.3%、52.4%,碳烟质量峰值降低了63.6%,碳烟数量密度峰值下降了40.0%。EGR的引入使燃烧效率降低,PAHs和碳烟生成质量升高,碳烟数量密度降低,含水乙醇的添加能改善EGR环境中的燃烧效率,降低未燃HC和碳烟生成量。相比纯汽油,含水乙醇汽油结合EGR技术,弱化了EGR对燃烧和碳烟排放的负面影响。因此,EGR结合含水乙醇汽油能够改善发动机燃烧特性,降低发动机的碳烟等污染物排放,对提升GDI发动机性能和改善颗粒物排放有较好的作用。

增程式电动汽车用二冲程LPG直喷发动机混合气形成过程的数值解析

利用LPG携带和存储方便、易于蒸发汽化的燃料特性,选定二冲程LPG直喷发动机作为轻型电动汽车在增程模式下发电机组的动力源。在验证计算方法的可行性后,使用Fire V2011软件,优化不同工况时燃料的喷射开始时刻,并进一步数值解析在选定的不同LPG喷射开始时刻、不同转角时的缸内混合气速度场和浓度场。结果表明:无论是启动、暖机工况(2 000 r/min),还是发电机组工况(4 800、6 000 r/min),在排气口关闭(73℃A ABDC)时,新鲜混合气被锁定在气缸内,并且在相应的火花塞点火时刻,缸内都会形成较理想的均质理论混合气。

汽油直喷发动机颗粒捕集器技术应用研究

本文基于国六排放法规对汽油直喷发动机颗粒物排放的要求,针对某型车的排放开发目标,选择汽油机颗粒捕集器(GPF)后置式技术方案,并进行GPF结构设计。通过计算不同排气流量和温度下GPF结构参数与压差的相互关系,确定GPF载体壁厚和孔隙率。在转鼓试验台上进行WLTP循环的排放验证试验,结果表明,GPF的颗粒物转化效率可达78%,颗粒物数量低于排放限值30%,满足实际应用的工程目标。

空气辅助缸内直喷发动机ECU设计与试验研究

针对某型空气辅助缸内直喷发动机,设计了发动机电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)的硬件和软件;在此基础上进行了发动机冷起动工况的台架试验,试验结果表明研制的ECU稳定可靠,满足发动机冷起动工况的基本功能和要求。

汽油及汽油清净剂对汽油直喷发动机沉积物的影响

通过典型工况条件下不同组分汽油的对比试验,考察了汽油和汽油清净剂对汽油直接喷射发动机喷嘴沉积物的影响,结果表明汽油中的芳烃组分对汽油直接喷射发动机喷嘴沉积物的影响最大。

基于LabVIEW的电控缸内直喷发动机标定系统的开发

针对电控缸内直喷发动机的特点,基于LabVIEW虚拟仪器技术,以CAN卡、NI CompactR IO以及上位机为主要硬件平台,开发了电控缸内直喷发动机标定系统。该系统不仅拥有实时采集显示数据、保存数据、在线调整参数的功能,还可以输出可调的模拟缸内直喷发动机转速信号,以利于电控单元软件、硬件的前期调试。该系统的成功开发大大缩短了电控发动机的研发周期,为发动机的优化匹配提供了技术平台。

点火提前角对航空煤油直喷发动机燃烧及排放的影响

为了分析点火提前角对二冲程点燃式航空煤油直喷发动机燃烧及排放的影响,利用GT-Power和AVL Fire软件分别对该发动机整机及燃烧室建立了仿真模型,选取扭矩、功率等数据验证了模型的正确性,并对发动机在3000 r/min、10%负荷工况下,将喷油结束时刻设定为60°BTDC、过量空气系数为1时的缸内平均压力、平均温度、放热率、累积放热量、温度场分布及排放物组分质量分数等特性进行了研究。结果表明,当点火提前角由15°BTDC增大到40°BTDC时,二冲程点燃式航空煤油直喷发动机的扭矩、功率、缸内混合气燃烧放热量、放热率、平均压力峰值、平均温度峰值及缸内高温区范围等,均呈现逐渐增大的趋势;CO和Soot的质量分数逐渐减小,NO的质量分数略有增加;扭矩和功率最大、缸内CO和Soot排放量最少的点火提前角是40°BTDC,功率和扭矩的最大值分别为5.29 kW和16.97 N·m。