喷射压力和喷孔直径对柴油机混合燃料喷雾特性的影响

应用平面激光诱导荧光(PLIF)技术研究了喷射压力、喷孔直径对混合燃料喷雾特性的影响.结果表明:在相同的喷射压力下,混合燃料的挥发性越高,喷雾前锋贯穿距离和喷雾锥角(远场和近场)越大;随着喷射压力的提高,喷雾锥角增加,喷雾前锋贯穿距离呈现出一定程度的线性增长,但混合燃料挥发性对喷雾前锋贯穿距离的影响有所减小;在喷雾发展过程中,近场锥角呈现出先减小再保持在一个相对稳定的数值趋势,而远场喷雾锥角呈现先减小然后保持不变之后再增大的趋势,但全程远场喷雾锥角的变化不大;在相同喷孔直径下,混合燃料的挥发性越高,喷雾前锋贯穿距离越长,喷雾锥角越大,当喷孔直径从0.18,mm缩小到0.10,mm时,挥发性对喷雾锥角增长率的影响略有减小,随着喷孔直径的增大,喷雾前锋贯穿距离呈现出一定程度的线性增长,但喷孔直径对远场喷雾锥角的影响大于对近场喷雾锥角的影响.

燃油属性和环境密度对柴油机混合燃料喷雾的影响

应用平面激光诱导荧光(PLIF)技术研究了燃油属性、环境空气密度对石油系混合燃料喷雾特性的影响.结果表明:在蒸发环境下,燃料的挥发性越高,喷雾前锋贯穿距离越长,近、远场喷雾锥角越大;燃料的黏度越高,喷雾前锋贯穿距离越短;燃料密度越高,喷雾前锋贯穿距离变短;燃料的挥发性是影响喷雾特性的主要因素.在喷雾发展过程中,近场锥角呈先减小再保持在一个相对稳定的数值的趋势;远场喷雾锥角呈先减小然后保持不变之后再增大的趋势,但是全程远场喷雾锥角的变化不大.环境空气密度强烈影响混合燃料的喷雾特性,环境空气密度越高,喷雾前锋贯穿距离越短,近、远场喷雾锥角越大.随着环境空气密度的提高,燃料挥发性对混合燃料喷雾前锋贯穿距离和近、远场喷雾锥角的影响逐步减小.

边界参数对HCCI发动机燃烧影响的模拟研究

为了研究边界参数对柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程的影响,应用CHEMKIN化学动力学软件包中的SENKIN程序以及正庚烷(n-heptane)氧化反应简化模型,模拟了不同进气温度、进气压力和当量比等边界参数对HCCI发动机燃烧及排放特性的影响。结果表明,在相同当量比条件下,增压可以拓宽HCCI发动机负荷工况范围,同时保持氮氧化物排放基本不变;过浓或过稀的混合气导致CO排放增加;混合气浓度分层增加NO排放。

柴油-生物柴油混合燃烧对碳烟排放的影响

应用零维单区模型对柴油-生物柴油混合燃料在内燃机中的燃烧进行了数值模拟计算,从化学动力学角度,通过分析混合燃料在内燃机均质压燃边界条件下燃烧的关键中间产物和最终生成物的摩尔分数变化以及关键基元反应,总结出了生物柴油掺入柴油后燃烧对碳烟排放的影响。结果表明:生物柴油甲基酯团中的氧原子在燃烧反应过程中始终与燃料中的一个C原子相连,因此使可能生成(soot)的C原子减少,从而降低了混合燃料soot的排放。但生物柴油与其他有氧燃料相比,如乙醇,掺入柴油燃烧降低soot排放的效果要差,有氧燃料中含氧部分的化学结构的差异会对降低soot的排放产生不同效果的影响。

车用柴油机燃油喷雾的研究发展

详细描述了柴油机燃油喷雾领域的国内外研究现状,并在此基础上分析了柴油机燃油喷雾领域中面临的几个关键问题——柴油喷雾的可视化测试技术研究、柴油喷雾中的空气卷吸运动分析、CFD喷雾模型的持续完善,这些关键问题的解决也预示着对柴油机燃油喷雾的更深一步的认识,同时比较分析了研究喷雾特性的实验设备,指出设计更加类似柴油机真实工作环境的光学设备是深入理解柴油机缸内过程的关键。

EGR／生物柴油燃烧过程数值模拟研究

利用CFD耦合化学动力学机理建立柴油机生物柴油燃烧化学反应动力学模型,研究了EGR对生物柴油燃烧和排放特性的影响,结果表明:随着EGR率的增加,着火时刻逐步滞后,缸内平均温度峰值下降,缸内平均压力峰值先升高后降低。在高当量比(>0.6)和高EGR率时,EGR对生物柴油燃烧的影响程度变大。EGR率为55%时,对于当量比为0.43的工况,NOx排放降低了91%;当量比为0.6的工况,NOx排放降低了98.3%。Soot生成量随EGR率增加快速增加。增加当量比,EGR对Soot的影响加剧。

EGR对生物柴油燃烧的影响研究

应用三维CFD耦合化学动力学机理建立生物柴油燃烧化学反应动力学模型,计算研究了EGR对生物柴油燃烧和排放特性的影响,结果表明:在高当量比(>0.6)和高EGR率时,EGR对生物柴油燃烧的影响程度变大。EGR率为55%时,对于当量比为0.43的工况,NOx排放降低了91%;当量比为0.6的工况,NOx排放降低了98.3%。随着EGR率增加,Soot生成量快速增加。当量比增加,EGR对Soot生成的影响加剧。

高效混动专用发动机技术研究

针对高效混动专用发动机开发过程中发动机热效率未达到设计目标的问题,使用试验数据校正了热力学模型,应用模型对问题原因进行了量化评估,提出了提高热效率的优化方案。结果表明:样机燃烧速率慢、抗爆震性能差、压缩比低是热效率未达标的原因;优化方案包括:优化燃烧系统、提高压缩比到12、增加进排气升程的高度;优化方案的部分负荷平均燃油消耗率平均降幅为4.4%,最低燃油消耗率为209 g/(kW·h),对应热效率为40.5%,满足设计目标。米勒循环+冷却EGR技术需要匹配快速燃烧系统使用。

进气道结构对增压汽油机燃烧过程影响的数值模拟

为提高某三缸增压进气道喷射汽油机的燃烧效率,利用三维CFD软件AVL-FIRE对原汽油机进气道在各气门升程下的进气过程进行了稳态数值模拟计算,并对其原汽油机在1,000,r/min、3,000,r/min和5,000,r/min全负荷下的燃烧过程进行了瞬态数值模拟计算;基于计算结果提出了两种进气道优化设计方案.对优化前后的缸内速度场、湍动能场、温度场、瞬时放热率及燃烧持续期进行了对比研究.研究结果表明:与原气道方案相比,优化气道方案的滚流比更大,在缸内组织了更强的气流运动,点火时刻缸内的湍动能更大且分布更为合理,火焰发展期和快速燃烧期更短.通过优化进气道结构适当提高增压汽油机的滚流比,可以改善压缩行程后期缸内的气流运动,提高点火时刻缸内的湍流强度,对提高混合气的燃烧速度、促进缸内燃烧十分有利,从而可有效提升汽油机的燃烧效率.

米勒循环增压发动机进气道开发

针对增压汽油机应用早关米勒循环改造中,进气门最大升程显著降低导致缸内湍动能下降的问题,通过CAD和CFD相结合的方法对进气道进行重新开发。研究表明:采用切向气道,增大气道倾角,合理缩小进气门座圈的直径,使用“D”型气道出口,使用进气门右侧Masking可实现显著提高低进气门升程的滚流比,其中在2 mm升程滚流比提高了2.5,3 mm升程滚流比提高了2.0。瞬态燃烧模拟表明:重新开发进气道能缩短中低转速工况燃烧持续期,仅考虑重新开发气道的效果,发动机油耗降低1.9%,提高燃烧效率0.52个百分点。

增压汽油机米勒循环应用研究

米勒循环是当前降低汽油机油耗的关键技术,应用该技术需要对汽油机的型线、压缩比等重新设计,文章通过构建发动机一维热力学模型对米勒循环进行了研究。研究表明:早关米勒循环(EIVC)应用到增压汽油机上降低油耗的效果比晚关米勒循环(LIVC)好,EIVC降低油耗5.6%,LIVC降低油耗3.2%;EIVC进气门型线设计受到低速气门重叠角度限制和中高速增压器压比的限制,所以进气门型线设计应具有窄跨度和高升程的特性;压缩比为11.5和增压器减小12%的方案较合适。

进气道对增压汽油机流动特性及性能的影响

基于某款增压发动机,通过CFD软件对不同进气道的进气组织及燃烧过程进行模拟计算,并分析了气道对发动机着火特性和燃烧参数的影响。研究结果表明:减小气道拐角半径R或进气门直径,均可提高发动机滚流比和湍流强度;火花塞处较低的湍动能强度不利于火焰中心的形成;湍动能较强区域位于燃烧室中间区域更有利于点火之后火焰向四周迅速传播,优化了发动机的燃烧过程。

米勒循环和低压EGR对混动专用发动机性能影响的研究

基于一台奥托循环增压发动机,通过采用高压缩比、进气门早关型线和高滚流进气道,再引入低压EGR,将其改造为混动专用发动机。通过试验研究米勒循环和低压EGR对混动专用发动机燃烧特性和经济性的影响。研究结果表明,在3200r/min的不同负荷工况点,与奥托循环相比,米勒循环点火提前角增大,且随负荷的增加,点火提前角的增幅先增加后减小;CA50减小至8°左右,燃烧持续期增大,排气温度增加;泵气损失减小,且随负荷的增加,降幅先增加后减小;米勒循环泵气损失的降低和CA50的减小使燃油消耗率降低了6.8%~11%,且将高效区域拓宽至全运行区的60%。在米勒循环发动机高效区工况引入低压EGR,随EGR率的增大,点火提前,CA50减小,燃烧持续期延长;EGR抑制爆震的作用使燃烧改善效果明显,在中负荷和大负荷工况获得的燃油消耗率最大降幅分别为5.6%和15.9%。

低压EGR对混合动力汽车专用发动机性能影响的研究

基于一台混合动力汽车专用米勒循环增压发动机,通过试验研究低压EGR对发动机不同负荷下的燃烧特性和经济性的影响。研究结果表明,燃烧特性方面,在不同负荷下,随着EGR率的增加,点火提前角增大,燃烧持续期延长;在小负荷工况,燃烧重心CA50随着EGR率的增大而先增加后减小,在其余负荷工况,燃烧重心CA50随着EGR率的增大而减小;气缸压力峰值随着EGR率的增大而增大,且气缸压力峰值出现时刻提前。经济性方面,在小负荷工况,EGR降低了泵气损失,从而使油耗降低,最大降幅为2%;在中负荷和大负荷工况,EGR降低了爆震倾向,使燃烧重心CA50减小,降低了油耗,最大降幅分别为5.6%和15.9%;在2000 r/min和4000 r/min的外特性工况,EGR降低了混合气浓度,从而降低了油耗,最大降幅分别为8.3%和19%,但会导致转矩分别下降14%和6.7%。

高性能小型增压汽油机进气道优化设计

基于某款自然吸气汽油机小型化增压改造项目,应用CFD结合试验的方法对进气道进行优化设计,以提高进气道的滚流比,改善缸内油气混合均匀性及加快燃烧速率,进而降低发动机油耗。结果表明,通过采用减小气道拐角半径、气道拐角高度、气门内径,增大气道角度及将进气道设计成渐缩的喷嘴形状等综合措施,大幅提高了该机进气道滚流比且保持流量系数仅小幅下降,并获得较优的发动机油耗水平。

基于米勒循环的混动专用发动机开发

对奥托循环、米勒循环以及米勒循环加进气遮蔽(Masking)三种方案的缸内气流、混合气浓度以及燃烧性能进行对比分析,结果表明:米勒循环由于型线的影响一定程度上恶化了缸内气流运动与燃烧性能,而Masking可大幅度提升滚流比,改善混合气浓度,增加湍动能,改善燃烧性能。对奥托循环和Masking方案进行了试验研究,结果显示:相比奥托循环,Masking方案外特性最大扭矩降低12%,额定功率降低3%,外特性油耗平均降低14.6%,部分负荷工况油耗平均降低7.1%。在Masking方案的基础上引入冷却EGR,发动机最高热效率达到38.6%。

冶金法制备太阳能级多晶硅工艺技术研究

以纯度99%的工业硅为原料,通过造渣熔炼、电子束炉真空熔炼和定向凝固手段进行了太阳能级多晶硅制备的研究。结果表明通过造渣熔炼、电子束炉熔炼、两次定向凝固的工艺成功地将工业硅中的总杂质含量（质量分数）降到了1 ppm以下,其中B低于0.3 ppm、P低于0.5 ppm、总金属杂质含量TM低于0.2 ppm、C浓度低于5×1016atoms/cm3、O浓度低于1.0×1017atoms/cm3,产品达到太阳能级多晶硅标准。与国内外已公布的冶金法制备太阳能级多晶硅工艺流程相比,本工艺未采用酸洗,清洁高效,没有任何污染。

PFI汽油机喷油器喷孔板焊接疲劳强度研究

对几何尺寸相同的SS444和SS302两种不锈钢材料PFI汽油机喷油器喷孔板的疲劳强度进行研究。运用ANSYS软件对两种材料喷孔板焊缝区域的等效应力进行CAE仿真。分析得出:在相同焊接参数条件下,SS444残留应力更小,焊接性更好。设计了专门的高加速寿命测试试验,测试不同材料喷孔板的喷油器在最优焊接参数下焊缝的疲劳曲线,并使用Weibull++和ALTA软件拟合试验结果。结果表明:在相同测试压力下,SS444比SS302的疲劳寿命有显著提升,与ANSYS仿真结果有较好的一致性。

磁电式转速传感器在发动机上的应用

发动机转速是发动机最基本的参数之一,阐述了一个简单有效地实现发动机转速的测量的装置,分析了磁电式转速传感器的工作原理和输出特性,设计了适合单片机信号采集的限幅、滤波和整形电路,讨论了转速采集频率法和周期法优缺点,实现了发动机转速的有效测量。

基于多目标优化的发动机性能模型标定

本文引入多目标优化方法对发动机性能仿真模型进行标定。应用GTpower和ModeFrontier进行多目标优化标定,通过合理选择优化输入变量,以发动机扭矩和发动机比油耗作为目标变量,克服了传统标定方法耗时长,误差大(通常控制在5%以内)的缺点。仿真结果表明,应用多目标优化对性能仿真模型标定不仅具有速度快、精度高、智能化等优点还能提供输入输出相关性分析,为发动机后续设计开发提供技术依据。