缸内直喷汽油机SI-HCCI-SI燃烧模式切换的研究

双燃烧模式是车用均质混合气压缩着火(HCCI)发动机理想的运行策略,即在中小负荷下使用HCCI燃烧模式,而在大负荷和高转速下过渡到传统的火花点火(SI)燃烧或柴油机燃烧模式运行。采用可变配气和缸内直喷技术,在一个发动机循环内改变配气策略和喷油策略,实现从SI模式所要求的常规火花点火配气相位向HCCI模式要求的负阀重叠配气相位的跳变,配合缸内直喷策略的调整,实现SI模式和HCCI模式间的切换。通过分步切换的策略,可以提高切换过程的稳定性。燃烧模式切换可在一个发动机工作循环内完成,切换过程平稳迅速可靠,无失火和爆震等异常燃烧现象的发生。

汽油HCCI发动机燃烧相位及瞬态过程的控制

由于HCCI燃烧受化学动力学控制,燃烧相位控制一直是HCCI面临的挑战之一.通过缸内直喷方式,可以灵活控制HCCI燃烧相位.研究表明,在HCCI失火界限,在负气门重叠期喷入燃油,能够实现燃油重整,通过调整不同的负气门重叠喷油量,可以控制燃烧相位;在HCCI爆震界限,负气门重叠期的喷油会导致燃烧粗暴,NOx排放大量上升,而在压缩行程喷入燃油形成分层混合气,能够有效地控制燃烧相位,且不引起排放的恶化.通过负气门重叠喷油形成的组分控制和压缩行程喷油形成的浓度控制相结合,能够在整个HCCI运行范围内有效地控制燃烧相位.通过考察燃烧相位调整的瞬态过程,发现通过缸内直喷技术,能够在一个发动机循环内实现燃烧相位的调整,控制灵活,响应迅速.

2,5-二甲基呋喃的喷雾特性及发动机适应性

2,5-二甲基呋喃(DMF)可作为一种可再生的汽油类替代燃料。为研究DMF在车用发动机中的适用性,该文采用相位Doppler粒子分析仪(PDPA)测试了DMF的微观喷雾特性,并在一台单缸直喷汽油机上进行了性能及排放测试。作为对比,同时对商用无铅汽油以及另一种汽油类替代燃料乙醇进行了相应测试。实验结果表明:DMF的喷雾特性与汽油相仿,而乙醇具有较低的喷雾油粒速度和较高的索特平均粒径;当使用DMF作为点燃式发动机燃料时,可以在高负荷采用更为提前的点火时间以获得更好的热效率,但总的来讲其等效油耗与汽油差别不大;另外,DMF的NOx排放较高,其他气态排放物与汽油接近。

缸内直喷汽油HCCI发动机瞬态特性的研究

通过缸内直喷两次喷射的方法,均质充量压缩着火(HCCI)燃烧在稳态工况下能够被有效地控制。对于瞬态工况,不仅要求对燃烧能够灵活控制,而且必须具有快速的响应特性。研究了HCCI发动机在转速和负荷发生改变时的瞬态特性。结果表明,在发动机转速改变时,HCCI燃烧具有自平衡特性。通过调节两段喷油比例,可以抵消由于诸如转速变动等工况变化引起的燃烧相位改变。同时改变喷油策略和循环供油量成功地实现了负荷的调节,调节过程在一个发动机循环内完成。通过优化负荷调节过程的中间喷油策略,可以进一步平滑动态过程,使燃烧波动得到抑制。发动机的响应特性显示,由负阀重叠(Negative Valve Overlap,NVO)实现的HCCI燃烧对部分边界调节不敏感,通过调节喷油策略能够提高HCCI燃烧的鲁棒性。

通过朗肯循环回收内燃机余热的技术(英文)

介绍了内燃机余热回收领域的最新研究进展,分析了通过组织动力循环如有机朗肯循环进行热功转化的技术。首先研究了内燃机可回收余热的分布状况,然后对循环工质选择和膨胀机选型这2 个最关键的技术环节进行深入讨论,介绍了工质选择的基准和最新的膨胀机研究进展。最后讨论目前代表性的几家研究机构提供的具有不同概念的系统设计。前期研究结果表明,通过余热回收的方式最高可以提高系统效率达 30%以上,是一种有效的节能减排技术。

基于有机朗肯循环的内燃机余热回收系统准动态模拟

作为一种有效的提高内燃机整体热功转化效率的技术手段,基于有机朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)的内燃机余热回收技术受到越来越多的关注。通常来讲,组织合理的ORC的最关键的技术在于选择合理的循环工质和合适的膨胀机。对于车用内燃机余热回收,同时需要考虑内燃机的运行工况以及由此带来的烟气流量和温度的变化,以对余热回收系统进行有效的控制,达到最佳的工作效率。采用数值模拟的方法对内燃机排气进行余热回收,在不同软件环境下建立一维详细内燃机子模型和有机朗肯理想循环子模型,并将其进行耦合,达到根据内燃机工况变化进行准动态模拟的要求。通过对水,R123a和R245fa三种不同循环工质的考察发现,利用水作为循环工质具有最高的热效率,然而由于水是湿工质,大多情况下不能产生过热蒸汽,因而不适于作为余热回收的工质。对于两种有机制冷剂,R245fa比R123a具有更高的循环效率。通过对WHSC循环准动态模拟显示,需要对ORC的工质流量根据内燃机工况进行控制。通过目前较简单的控制,循环总效率可提高8.1%。

燃油温度和喷射压力对葵花籽油与柴油喷雾特性的影响

为探究纯植物油作为压燃内燃机替代燃料的雾化问题,利用纹影法对葵花籽纯植物油和普通柴油在不同试验条件下的喷雾特性进行了对比研究,分析了燃油温度和喷射压力对2种燃料喷雾贯穿距、喷雾锥角和空气卷吸作用的影响。研究结果表明:葵花籽油的喷雾贯穿距和喷雾锥角均随着喷射压力和燃油温度的升高而增大,与柴油的变化规律相似。温度从60℃升高到90℃,喷油压力为60 MPa时喷雾贯穿距和喷雾锥角的平均增幅分别为12.4%和9.6%,120 MPa时分别为5%和4.14%;喷油压力从60 MPa升高到120 MPa,温度为60℃时喷雾贯穿距和喷雾锥角的平均增幅分别为39.7%和16.7%,90℃时分别为30.6%和10.9%;当喷射压力、背景压力和燃油温度相同时,葵花籽油比柴油具有更大的贯穿距和更小的喷雾锥角,且喷雾贯穿距平均增幅为22.5%,喷雾锥角平均降幅为60.3%;升高燃油温度和升高喷射压力都会增强雾注的空气卷吸作用,但葵花籽油的空气卷吸作用要明显弱于普通柴油。研究结果可为纯植物油作为内燃机替代燃料的可行性研究提供参考。

可视化研究生物柴油缸内燃烧温度和碳烟特性

在一台电控共轨光学发动机上,采用高速摄影法对相同喷油策略下生物柴油和柴油的缸内燃烧过程进行研究,获取燃烧火焰图像,通过双色法得到缸内火焰温度和表征碳烟体积分数分布的KL因子,分析了生物柴油缸内燃烧温度和碳烟特性.研究表明,柴油机燃用生物柴油时,在分段喷射条件下,火焰亮度降低,火焰分布面积减小,火焰中高温(2,000,K以上)辐射面积和平均温度也低于柴油,同时,缸内碳烟总量在整个燃烧过程中均有所下降.生物柴油和柴油缸内碳烟体积分数分布与燃烧温度的关系大体一致:在1,650～2,050,K温度内,燃烧温度越高,碳烟体积分数越大,并在1,850～2,050,K内达到最大值;而当燃烧温度达到2,050～2,150,K时,碳烟体积分数明显降低.

利用LSD技术对高压共轨柴油机喷雾特性SMD的研究

为更好地研究高压共轨柴油机喷雾特性,搭建了柴油喷雾特性激光测试试验系统,基于激光测试手段,利用平面激光粒径测试技术,对高压共轨柴油机喷雾微观特性—索特平均直径进行定量测量,分别考察不同喷孔直径、不同喷油压力下喷雾索特平均直径随时间的变化.研究表明,随着喷孔直径的增加,在1 600μs内喷雾场中的平均索特平均直径增大;随着喷油压力的增加,在1 400μs内喷雾场中的平均索特平均直径相对较小,分布也较均匀;喷雾场中粒径的分布趋于粒径较小的方向集中,因此喷雾场中索特平均直径的形态分布近似服从于概率分布中的非中心F分布,并根据其分布形态拟合出相应的非中心F分布函数.

缸内直喷汽油机HCCI燃烧对压缩比和辛烷值的适应性研究

在缸内直喷汽油机(GDI)上采用多次燃油喷射和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了SI/HCCI复合燃烧方式。研究了不同压缩比和辛烷值对均质混合气压燃(HCCI)燃烧排放特性的影响。结果表明,汽油HCCI燃烧呈现单阶段燃烧燃料特性,HCCI着火发生在上止点附近时油耗低。低压缩比下,HCCI燃烧可以在较浓空燃比下工作,NOx排放较高。高辛烷值燃料HCCI燃烧可运行的负荷范围窄。汽油HCCI发动机在偏高压缩比条件下燃用偏低辛烷值汽油可以获得较好的经济性和排放性能。

HCCI汽油机配气方案设计与试验研究

针对奇瑞缸内直喷2.0L发动机,利用耦合详细化学反应动力学的发动机循环模拟计算,优化设计了HCCI配气方案,这是国内率先在多缸4冲程产品汽油机上实现了HCCI燃烧,缸内循环波动和缸间循环波动小于2%,并大幅度降低了油耗和NOx的排放。

缸内直喷汽油机SI/HCCI模式切换的实现与控制

利用错位双凸轮机构,在一个循环内同时切换进排气凸轮,并配合节气门和喷油策略的变化,实现了SI/HCCI燃烧模式的切换。利用耦合详细化学反应动力学机理的HCCI发动机多循环模拟模型模拟计算,优化了切换过程的喷油策略和节气门变化,将模拟优化结果应用在发动机试验中,达到了SI/HCCI快速平滑的切换效果。

缸内直喷燃料改质控制HCCI着火时刻和燃烧速率的研究

提出了汽油缸内直喷(GDI)多段燃油喷射策略来控制缸内混合气的温度、浓度及化学组分,实现了对HCCI着火时刻和燃烧速率的控制．研究了不同喷油策略、喷油比例和喷油时刻对HCCI着火、燃烧和排放的影响．结果表明,缸内直喷可以有效地控制HCCI着火始点和燃烧速率,降低燃烧循环波动,拓宽HCCI高低负荷下的运行范围．

SI/HCCI燃烧模式瞬态切换过程的建模与优化

将化学反应动力学代码CHEMKIN耦合到发动机热力循环软件BOOST,建立了SI/HCCI瞬态模式切换的数值模型。通过模拟计算与试验结果对比分析表明,建立的瞬态切换模型可以有效模拟发动机SI/HCCI瞬态工作过程。针对切换后第一个循环着火始点提前、容易爆震的问题,将该循环喷油策略调整为进气阶段一次喷油并降低喷油量,使得着火始点延后、压升率降低。并通过采用优化后的喷油策略,配合配气凸轮动作和节气门动作,达到SI/HCCI切换快速平顺的效果。

耦合详细化学动力学的HCCI发动机工作过程三维数值模拟

将详细化学动力学的HCCI单区模型嵌入三维流体力学程序中,取代传统内燃机三维数值模拟中简化燃烧模型,利用详细化学反应动力学计算三维燃烧过程,建立三维CFD耦合详细化学反应动力学模型．生成了带复杂进气道的实际燃烧系统的贴体计算网格,建立了缸内直喷HCCI燃烧系统进气-喷雾-混合气形成-压缩-燃烧工作过程的模型．为满足模拟整个HCCI发动机物理化学过程(包括进气,压缩,喷雾,燃烧和排放)执行时间的要求,提出了一套能使计算工作量大为减少的详细化学反应动力学与三维CFD耦合的模拟策略,利用试验方法确定计算边界条件,预测了进气-喷雾-燃烧-排放的HCCI发动机工作过程,通过发动机台架试验对比验证了模型的准确性．

汽油HCCI发动机详细化学反应动力学双区模型

为考察汽油缸内直喷喷油策略对均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的影响,在Chemkin源代码程序的基础上建立了高辛烷值汽油HCCI发动机双区燃烧数学模型。模型考虑了双区之间温度、压力以及体积的耦合,并嵌入反应传热和漏气过程的子模型,能够反映通过形成分层混合气控制HCCI燃烧的详细化学和物理过程。将双区模型和单区模型与试验结果进行对比发现,双区模型精度有了较大提高,消除了单区模型具有的压力尖峰,扩大了燃烧范围;并利用双区模型进行了HCCI发动机变工况研究,详细考察了不同分层混合气对HCCI燃烧的影响。结果表明:浓稀2区顺序放热使得缸内压力升高率降低,能够提高发动机的负荷。通过调整浓稀2区的比例,可以控制HCCI燃烧。

负阀重叠的双缸直喷汽油机HCCI燃烧控制

在一台双缸缸内直喷汽油机（GDI）上，采用负阀重叠（NVO）的配气相位和两阶段燃油喷射技术来控制缸内混合气的形成和燃烧，实现了高效低污染的汽油均质混合气压燃（HCCI）燃烧模式。在转速为800～2200r／min、负荷（平均指示压力）为0．1～0.53MPa的HCCI工况平面内，指示油耗在较宽的范围内低于240g·kW^-1·h^-1，NOx排放（体积分数）低于4×10^-5，无碳烟排放。在HCCI运行范围内研究了不同喷油策略对HCCI燃烧特性的影响。结果表明，适当的NVO和两阶段缸内直喷可以有效地降低HCCI燃烧循环波动，控制着火始点，燃烧速率以及拓宽HCCI运行范围。

后喷时刻对柴油机燃烧影响的可视化研究

后喷可改善柴油机的颗粒物排放特性。在光学发动机上,保持总喷油量不变,变换不同主、后喷间隔时刻,对缸内燃烧过程进行高速摄影,研究后喷时刻变化对柴油机缸内燃烧特性的影响。将获取的缸内燃烧火焰图像,利用双色法计算得出缸内温度场和表征碳烟浓度的KL因子分布情况,并分析缸内燃烧温度和碳烟生成特性。研究表明,随主、后喷间隔角增加,温度分布及KL因子总量呈双峰分布,KL因子总量后期减少速度增加,即碳烟氧化速度加快。