充量分层对双燃料高预混压燃燃烧过程影响的数值模拟

针对高预混压燃模式大负荷面临高压力升高率与碳烟排放等问题,利用CONVERGE建立汽/柴油、汽油/聚甲氧基二甲醚(PODEn)双燃料燃烧仿真模型,通过燃料特性与喷油策略优化,研究浓度、活性等分层方式对放热规律与性能的影响.结果表明,挥发性改善能促进燃油破碎与蒸发,促进燃烧过程与提高热效率;计算着火延迟能很好地预测燃烧进程,通过降低燃油活性或能量喷射速率改变活性与着火能量分层,均能使低着火延迟区域变少,引燃能力下降,推迟燃烧并降低压力升高率.相较于PRF50(primary reference fuel),柴油掺混虚拟组分组合滞燃期短,后期集中燃烧放热量低,放热规律更有利于降低压力升高率,相较于基础算例压力升高率下降0.1 MPa/°CA而热效率提升0.15%.PODE掺混汽油组合推迟燃烧过程最显著,压力升高率由基准的1.54 MPa/°CA降至1.02 MPa/°CA,允许喷射时刻最为靠前,对应碳烟排放降低78%.

进气道关键结构参数对缸内充量分层模拟研究

通过进气充量分层,实现缸内分层燃烧,将进气道的进气截面等分为进气道右上区(A区)、进气道左上区(B区)、进气道左下区(C区)、进气道右下区(D区)4个区域,分别通入4种不同示踪气体,研究进气在缸内的运动及分布规律。研究表明:D区进气贡献率最大,占27.3%,B区进气贡献率最小为22.4%;且在压缩上止点附近B区可以形成较为规则的环形分布,但在ω燃烧室靠近皮带轮一侧有较多的气体。通过对进气道3个关键结构参数,进气道偏转角、螺旋室高度、进气道偏心距研究得出结论:进气道偏转角为15°时,缸内涡流强度最大,在进气道偏心距为-2 mm时,缸内涡流强度最小;通过对进气道结构参数进行优化,在进气道偏转为15°时,B区进气浓度梯度差最大。

螺旋气道变截面进气的缸内充量分层模拟研究

构建了YN33共轨柴油机螺旋气道-气门-气缸的CAD模型,划分螺旋气道的进气口为不同进气截面,并通过在各个截面分区进气,以及时序分区进气实现缸内的充量分层。研究表明:变截面进气时,进气截面下半部进气量比上半部进气量多7%,而右下区的进气会在缸内形成较为均匀的分布,其它区域进气则会形成浓度场各异的分布特性。三段时序进气条件下,4个区域进气对缸内进气总量贡献的差异由前段进气与后段进气所决定,且后段进气影响更大;在分布特性上,进气截面右上区和右下区的前段进气会在缸内形成明显的上稀、下浓分布特点,而后段进气均会在缸内形成上浓、下稀的分布。

甲醇缸内直喷分层充量燃烧系统的匹配与性能研究

综合缸内直喷发动机壁面引导、喷雾引导和气流引导分层燃烧系统的特点,在1台4缸柴油机改造的火花点火缸内直喷式甲醇发动机上,开发了1种复合导流分层充量燃烧系统。对影响燃烧系统性能的导流面位置、油束的空间分布、涡流比(Ω)、喷油定时(fjθ)、点火定时(iθg)、喷油器启喷压力(VOP)等主要参数进行了数值模拟和试验优化研究。结果表明:甲醇缸内直喷分层燃烧发动机可以实现过量空气系数(a)为2.23的分层燃烧,在转速为1 500r/min、平均有效压力为(pme)0.45 MPa时,有效热效率(eηt)达29.7%。该甲醇发动机虽然对进气涡流比非常敏感,但循环变动小,在宽广的工况范围内能稳定燃烧,较好地实现了分层燃烧系统的优化匹配。

分层充量压燃简化动力学模型及燃烧机理

在前期工作的基础上,加入了与浓混合气相关的反应,构建了适合分层压燃的简化动力学模型,包括39种物质和49个基元反应.新构建的分层压燃简化动力学模型,零维模拟的结果与详细机理吻合很好;与三维CFD耦合模拟的结果与预混/直喷条件下的实验结果吻合也很好.对于预混/直喷分层燃烧来说,低温反应最先发生在压缩余隙和凹坑内活塞表面附近的燃料均质分布的区域,而高温反应最先发生在喷雾导致的浓混合气区域.到低温反应结束为止,缸内生成的H2O2和CH2O浓度分布不均匀,混合气较浓的区域生成的H2O2和CH2O浓度较大.高温反应开始后,浓混合气区域温度比燃料均质分布的区域高,因此在较浓的混合气区域,H2O2、CH2O、HCO和CO等重要中间产物消耗的速度都比燃料均质分布的区域快.

气道喷射正庚烷缸内直喷异辛烷的分层充量压缩燃烧与排放特性

在一台单缸发动机上,通过进气道预喷正庚烷和上止点前缸内直喷异辛烷,对双燃料分层充量压缩燃烧(Stratified Charge Compression Ignition,SCCI)进行了试验研究.通过进气道预喷的正庚烷在进气行程形成均匀混合气并在上止点前发生两阶段反应,触发缸内直喷的异辛烷着火与燃烧,整个燃烧过程为分阶段燃烧,分析了不同负荷及预混合率时的燃烧与排放特性.结果表明:最大压力升高率为0.87 MPa/(°)时,最大平均指示压力(I MEP)可达到0.73 MPa,说明SCCI可以扩展运行负荷.预喷燃油量最大时的工况点,其NOx排放值较高;预喷正庚烷燃空当量比一定时,增加负荷,可以减小CO和THC的排放.

汽油机废气滚流分层技术对燃烧排放特性影响的研究

为了充分利用废气分层技术,实现既改善排放又降低能耗的目的,对汽油机滚流分层技术的燃烧、排放特性随废气再循环(EGR)率的变化规律进行了研究。根据缸内温度的变化,探讨了废气再循环(EGR)率对发动机排放的影响;根据缸内示功图和燃烧放热率的变化,分析了燃烧持续期、燃烧规律等有关因素对发动机经济性的影响。此外,还讨论了调整点火正时的必要性,以及在最佳点火正时条件下发动机燃油经济性和排放特性。研究主要集中在中速、低负荷工况,结果表明,提出的分层方式可将废气再循环率提高20%,并且在不影响CO、HC排放的情况下大幅度降低NOx排放,结合点火正时的调整,功率输出大约可提高7%。

稀燃汽油机混合气分层优化技术

采用“气道内二次燃油喷射”技术以实现汽油机稀混合气燃烧。将每循环所需燃油量分两部分喷射 ,一部分燃油为缸内提供均质稀混合气 ,另一部分燃油借助进气流动和适时喷射使混合气形成“局部分层”。在一台五气门汽油机上实验证实 ,这种新喷油方式能够节油 17% ,比传统稀燃方式提高稀燃能力 2个空燃比单位 ,并进一步降低HC和 NOx 排放浓度 30 %～ 5 0 %。调节两部分喷油的分配比例 。

进气道燃油喷射汽油机稀燃优化技术

介绍了“局部分层”概念 ,提出一种应用于多点电喷汽油机的“低压二次燃油喷射”方式。在一台五气门汽油机上实验证实这种新喷油方式能够节油 17%左右 ,并明显改善排放性能。并指出实施二次喷油方式必须精确控制两次喷油量。“低压二次燃油喷射”技术为优化汽油机缸内混合气分布开辟了一条新途径。

最新型的缸内多次喷射的直喷式汽油机(一)

自1995年日本三菱汽车公司将缸内直接喷射技术首先应用于汽车汽油机以来,日本丰田汽车公司、德国大众汽车公司、德国奔驰汽车公司等都在原缸内直接喷射汽油机基础上进行了技术改进提高。本文介绍了奔驰汽车公司搭载在CLS 350 CGI轿车上的M272 DE V6缸内直喷式汽油机。该缸内直喷式汽油机是由奔驰公司和博世公司合作开发的世界上第一台采用压电式喷油器的缸内直喷汽油机,其特点是采用三次喷射;可改善燃烧噪声,并提高催化转化器起始温度。另一个特点是采用压力20MPa的高压燃油喷射系统,废气后处理装置采用靠近发动机的三元催化转化器和地板下的存储式NOx催化转化器。由于采用了最先进的高压多次喷射、压电式喷油器的缸内直接喷射汽油机,与进气道喷射汽油机相比,功率提高15kW,扭矩提高15Nm,节油10％,排放完全能满足当前所有的废气排放标准。本文可供汽车和发动机制造企业、科研人员等学习和参考。

现代缸内直喷式汽油机(十六)

（接上期）10.4燃烧◆热力学优越性与进气道喷射或壁面引导缸内直接喷射燃烧过程相比,梅塞德斯-奔驰公司开发的油束引导燃烧过程在热力学上具有明显的优越性。与λ=1运行的进气道喷射汽油机相比,缸内直喷式汽油机在充量分层运行时具有明显大的潜力。

最新型的缸内多次喷射的直喷式汽油机(三)

这里所介绍的直喷式汽油机机型，由于具有较高的效率，在无节流充量分层运转和接近怠速运转工况点时的废气温度有可能低于200℃。另一方面对全负荷工况时催化转化器涂层的高温稳定性的要求应保持不变，另外还应顾及到存储式NOx催化转化器起作用的温度窗口大约在250～500℃范围内。

用于增压直接喷射汽油机的喷束引导燃烧过程

未来,燃烧在汽油机降低燃油耗方面将起到关键作用。英国Ricardo公司应用新型喷束引导燃烧过程的汽油直接喷射方法能使涡轮增压汽油机以非常有利的燃油耗值,在部分运行范围内以典型的柴油机燃油耗值运行。应用这种技术,汽油机能几乎完全无节流地运行,并能在绝大部分的特性曲线场内利用稀薄燃烧的优势。这种燃烧方法燃用汽油运行,也能燃用诸如E85或M40等燃油正常工作。