二冲程点燃式航空煤油发动机爆震预测模型研究

针对二冲程点燃式航空煤油活塞发动机进行爆震预测研究,提出了一种基于3-Arrhenius公式的两组分混合爆震预测模型。以航空煤油燃烧实验数据为基础,采用GT-Power软件建立并校核了航空煤油的燃烧模型,利用一维性能仿真得到了爆震预测模型需要的末端混合气温度,通过发动机爆震实验数据评估了混合爆震预测模型和单一爆震预测模型的预测性能。结果表明:混合爆震预测模型和单一爆震预测模型预测的爆震起始角与实际的爆震起始角之间的标准误差分别为1.19°CA和3.23°CA,混合爆震预测模型能够识别燃烧初期的低压区域,对于爆震时缸内压力的突然升高有较好响应,表现出了良好的爆震预测性能。

基于DoE方法的二冲程点燃式煤油发动机爆震试验

针对二冲程航空煤油发动机单参数调整喷油量或点火提前角来抑制发动机爆震,提出了一种喷油-点火协同控制的发动机爆震抑制策略,以一台二冲程点燃式发动机为对象,利用一维性能仿真计算平台对其建模与仿真分析,根据试验设计方法(design of experiment,DoE)得到基于喷油-点火协同控制策略下的喷油量和点火提前角的MAP图,并开展了试验研究。结果表明:在转速为4800 r/min时,相比于单参数控制点火提前角抑制煤油发动机爆震,采用优化策略后发动机爆震燃烧得到有效抑制,油耗率小幅度增加,功率损失减小且排气温度显著降低,并且在不同负荷下的发动机功率恢复最低能够达到汽油机的88.3%;在转速为5000~6500 r/min、全负荷工况下,发动机功率恢复最高能够达到汽油机的96.2%,排气温度控制在475℃以内,能够有效改善发动机性能。

二冲程半直喷煤油发动机性能计算分析

为研究二冲程点燃式半直喷航空煤油发动机的性能特点,通过对一台二冲程电喷原型机结构进行分析,利用发动机一维性能仿真计算平台开展电喷原型机及半直喷发动机建模与仿真分析,结果表明:将原型机改成扫气道半直喷发动机后,在全负荷条件下均燃用航空煤油时,发动机的功率、扭矩及平均指示压力等指标均比原型机有一定的提升,燃油消耗量比原型机要少;通过对6 000 r/min全负荷的工况点进行仿真分析,半直喷航空煤油发动机燃烧比同工况下航空煤油原型机更加充分;通过对比分析半直喷发动机喷油嘴的安装方案,喷油嘴安装在扫气道末端时,发动机燃烧要比安装在扫气道中部与前部稍好。研究结果可为二冲程半直喷发动机的设计提供理论参考。

不同负荷下喷射时刻对重油发动机性能的影响

针对某型采用空气辅助燃油喷射系统的二冲程直喷重油发动机,通过试验研究了在中间转速小负荷与高转速大负荷工况下喷射时刻对直喷重油发动机动力性、经济性以及排气温度的影响。试验结果表明:在小负荷工况下,随着喷射时刻的提前,功率增大,油耗率降低,排气温度随负荷的加大下降幅度增大;在大负荷工况下,随着喷射时刻的提前,虽然存在1个或多个不稳定运行工况点,但总体上功率先增大后减小,油耗率先下降后上升,排气温度先下降后回升,可调整喷射时刻范围较大。

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。