主动预燃室燃料控制参数对汽油机稀燃特性的影响

预燃室点火系统可促进稀薄混合气燃烧,从而显著提高热效率。本文基于自行开发的主动预燃室及其燃料供给系统,在压缩比为16的发动机上分别测试了预混气体喷射压力和燃料占比对发动机稀燃边界下燃烧特性的影响。试验结果表明:0.19、0.14和0.09 MPa 3种预混气体喷射压力中,在0.09 MPa的喷射压力下可获得最高的平均指示压力和最短的着火延迟期和燃烧持续期,燃烧最稳定;当预混气体燃料占比从0.54%逐步增加到2.69%时,发动机的平均指示压力先增加后减少,并在占比1.61%处取得最大值,此时的燃烧最为稳定,着火延迟期和燃烧持续期均最短。主动预燃室可实现λ=1.8的稳定燃烧,指示热效率相比普通火花塞点火的32.9%提高到39.4%,相对提升了19.8%。

基于定容燃烧弹的单孔主动预燃室几何参数对燃烧特性的影响研究

基于定容燃烧弹试验平台,采用燃烧可视化方法研究了预混式单孔主动预燃室的几何参数对预燃室点火特性的影响。在火焰发展初期的定压燃烧过程中,将从点火开始到火焰面积达到燃烧弹可视窗口面积一半所用的时间定义为初期火焰发展时间,作为衡量不同几何参数下主动预燃室点火效果的参考指标:在不同喷孔孔径(2.0~4.0 mm)、不同预燃室通道内径(3.0~5.5 mm)、不同下端开口角度(0°~75°)的试验条件下,初期火焰发展时间的最大差异分别为9.3 ms、6.8 ms、2.9 ms,最终得出3个几何参数对单孔主动预燃室点火效果的影响程度排序由大到小依次为喷孔孔径、预燃室通道内径、下端开口角度。

基于两级高能点火和被动预燃室的高压缩比汽油机燃烧及排放特性研究

基于一台自然吸气缸内直喷汽油机,研究了高能点火、被动预燃室和两者结合对当量比和稀薄燃烧工况下燃烧与排放特性的影响。结果表明,高能点火结合被动预燃室,能够在小负荷工况下显著降低循环波动、缩短点火延迟期和燃烧持续期,两者效果相互叠加,能够进一步提高热效率。高能点火的被动预燃室可将稀燃极限由1.4小幅拓宽至1.5~1.6之间;在当量比工况,可使热效率相对提升最高达17.9%。而在大负荷工况下,高能点火结合普通火花塞或被动预燃室均对燃烧性能无明显提升作用。对于排放性能而言,高能点火对于排放性能的影响较小,而被动预燃室对排放影响更为显著;小负荷工况下,被动预燃室倾向于降低NOx排放;中大负荷工况下,被动预燃室倾向于增加NOx排放;两种负荷下,受到火焰淬熄和燃油撞壁作用的影响,被动预燃室的HC排放相比普通火花塞均略有升高。

单孔主动预燃室火焰射流机理研究

基于单孔主动预燃室,研究了火焰射流的形成机理。在圆形自由紊动射流理论的基础上,提出了单孔主动预燃室点火的火焰射流贯穿距随时间变化的经验公式。该经验公式可以通过射流锥角、预燃室喷口直径和射流在预燃室喷口处的初速度预测射流贯穿距。通过主动预燃室的定容燃烧弹试验和CONVERGE仿真验证,该经验公式所预测的射流贯穿距和反向求得的射流初速度与实测值吻合,最大相对误差分别为6.92%和5.82%。认为此公式能够正确预测单喷孔主动预燃室的射流贯穿距,对于优化预燃室结构以实现更高效地点火,继而提升内燃机的理论热效率具有参考意义。