进气道喷水量对GDI汽油机燃烧和排放特性的影响

基于一台涡轮增压4缸汽油机,全面系统地探究了进气道喷水量对发动机燃烧特性、燃油经济性以及排放特性的影响规律.试验选取发动机3个常用转速(2000 r/min、2800 r/min和3200 r/min)以及具有代表性的中等负荷(50%),水油质量比μ的选取范围为0~40%.结果表明:随着μ的增加,水的大比热容和高温分解带来的吸热作用的增强,使得缸内平均压力曲线上升趋势变平缓,缸内最高压力和tα显著降低;滞燃期先基本不变而后延长,CA50和θT先基本不变而后推迟,燃烧持续期逐步缩短.与μ=0相比,μ=40%时,在2000 r/min、2800 r/min、3200 r/min下,缸内最高压力分别下降约0.72 MPa、0.64 MPa、0.94 MPa,tα分别降低30℃、68℃、47℃,CA50分别滞后3.3°CA、3.1°CA、4.4°CA.燃油消耗率(BSFC)呈现先略有减少而后较明显增加的趋势,μ=10%是转折点,可降低BSFC约1 g/(kW·h),而μ=40%时将增加BSFC约3 g/(kW·h).进气道喷水后减少了局部高温和局部过浓区域,有助于明显降低GDI汽油机的NOx和烟度排放.与μ=0相比,μ=40%时,NOx和烟度的最大降幅高达30%左右.而喷水对CO和HC排放的影响相对较弱,随着μ的增加,CO和HC排放分别呈现缓慢降低和缓慢上升的趋势.GDI汽油机在当量比下采取喷水策略具有节能减排的潜力,工程应用前景广阔.

多次喷射对GDI汽油机喷雾及燃烧特性影响研究

建立GDI汽油机缸内三维仿真模型,通过定容弹试验及发动机台架试验对喷雾、燃烧模型进行验证,模拟分析了2 000 r/min全负荷工况下单次、二次及三次喷油策略下喷雾及燃烧过程。结果表明:多次喷油策略有利于燃油蒸发,与单次喷油策略相比,二次和三次喷油策略燃油蒸发量分别提高15.6%及19.5%;单次喷油策略在点火时刻形成均质混合气,二次及三次喷油策略则在点火时刻形成火花塞附近较浓而其他区域较稀的分层混合气;与单次喷油策略相比,二次喷油策略缸压峰值得到了较大的提升,采用三次喷油策略后缸压峰值进一步增大,比单次喷油策略高0.73 MPa;二次喷油策略具备较短的火焰发展期,快速燃烧期较长,三次喷油策略火焰发展期和快速燃烧期均较短,具备更好的燃烧特性;与单次喷油策略相比,二次喷油策略与三次喷油策略均提高指示热效率,指示热效率分别提高0.4%和5.9%。

废气再循环对涡轮增压GDI汽油机性能影响的仿真研究

基于GT-Power平台分别对一款加载了低压EGR(Exhaust Gas Recirculation, EGR)和高压EGR系统的涡轮增压GDI汽油机建立了仿真模型,改变其点火提前角和EGR率,对改造后的发动机的动力性、燃油经济性和排放性进行仿真研究。结果显示,高、低压EGR系统均能降低缸内的最高燃烧压力,延迟燃烧峰值相位,节约燃油消耗,抑制NOx生成。在低转速时,低压EGR系统相较于高压EGR系统缸内燃烧更稳定,两者有效燃油消耗率(Brake Specific Fuel Consumption,BSFC)分别降低了约9.4%和17%,低压EGR系统相较于高压更能有效降低NOx排放量,最高降幅达75%。

基于扭矩协调的GDI汽油机控制系统研究与开发

采用基于模型的设计方法,以扭矩协调作为核心控制策略,利用Matlab/Simulink工具搭建GDI汽油机控制策略算法模型。运用RTW自动代码生成技术将模型转化为可执行代码,并下载到MotoTron快速原型中,进而搭建了一套基于扭矩协调的GDI汽油机控制系统。在发动机台架上对该控制系统进行测试表明,其在起动、怠速以及低负荷工况下均可以对GDI汽油机进行稳定控制,功能满足开发目标。

高滚流比GDI汽油机进气道设计

为满足日益严格的油耗法规,采用高滚流改善燃烧效率已成为各汽油机制造厂家一项重要的举措。提出了提高GDI汽油机进气道滚流比的关键影响参数和近似权重,使进气道设计更加量化、简单化,利用CFD仿真分析进气道性能,用数控加工中心加工气道芯盒,进行实际的气道试验验证。试验结果表明,利用关键影响参数和近似权重表设计不同方案,结合CFD分析和气道芯盒试验验证方法,可快速完成设计目标,缩短开发周期,对高滚流比进气道的设计具有重要的指导意义。

曲轴箱窜气在低转速下对GDI汽油机微粒排放特性影响的实验研究

为了研究缸内直喷汽油机典型工况,低转速工况时的微粒排放特性,在一台EA211缸内直喷汽油机上,通过控制在1000 r/min时的不同负荷,以及曲轴箱通过进气门引入到燃烧室的的窜气量;此时的油气分离器出气口已经被堵死,窜气主要由机油盖处钻的孔引出。结果表明:微粒数量浓度在低转速下会随着负荷的增加而不断增加,微粒数量浓度随粒径分布呈单峰分布,核模态粒径分布增加明显且呈明显的单峰分布;而积聚态粒径分布增加不明显。微粒数量浓度会随着窜气量的增加不断增加,且核模态粒径单峰分布的峰值会向粒径大的方向偏移。

GDI汽油机混合气形成和碳烟生成过程的三维数值模拟

缸内直喷汽油机(gasoline direct injection,GDI)的颗粒物排放问题越来越引起人们的重视。为解析GDI汽油机缸内碳烟生成机理,文中提出了一种改进的两步法碳烟模型,将该模型应用于Kiva-Chemkin软件中,对一款典型GDI汽油机的喷雾碰壁、混合气形成、燃烧和碳烟生成过程进行了三维计算流体力学(CFD)数值模拟。结果表明,GDI汽油机的碳烟主要源于缸内油气混合不均、壁面油膜的燃烧即池火燃烧。在均质混合气工作模式下,增加喷油提前角可使燃油雾化更好、油气混合均匀,从而降低碳烟生成。但如果喷油提前角过大,会导致喷雾碰壁,引起碳烟生成量急剧增加。在分层混合气工作模式下,碳烟主要来源于局部浓区。过早喷油不利于产生喷雾诱导的滚流,不利于油气均匀混合,会产生局部燃油浓区,从而导致缸内碳烟生成量较高。结果表明,文中提出的碳烟模型可较好地预测缸内碳烟生产过程。

GDI汽油机机油稀释影响因素试验研究

目前GDI汽油机已成为当前乘用车发动机开发技术主流,GDI汽油机由于其独特的油气混合特点,机油稀释较PFI汽油机严重,机油稀释后,其粘性和润滑性能衰退明显,严重影响发动机正常工作。本文分析介绍了GDI汽油机机油稀释的原因及影响因素,同时选择某型GDI四缸汽油机,在发动机台架选择不同工况点进行验证,同时调整不同空燃比进行对比,为GDI汽油机开发过程的机油稀释试验提供参考。

湿度变化对GDI汽油机性能的影响

随着油耗法规和排放法规的日趋严格,市场对高效节能内燃机的需求越来越高,GDI汽油机独特的油气混合方式,热效率明显高于传统PFI汽油机,GDI汽油机逐渐成为汽车内燃机的开发主流之一。GDI汽油机在性能测试过程中,同一台发动机相同的测试设备,不同的进气湿度下,外特性有明显差异,本文选择一台2.0 L GDI汽油机进行不同湿度的外特性试验,探究湿度对GDI汽油机外特性的影响。

GDI汽油机多孔喷油器喷雾特性的试验研究

为研究GDI汽油机采用均质燃烧模式和分层燃烧模式火焰传播的现象,在光学单缸发动机台架上进行了GDI汽油机燃烧火焰可视化的试验。研究结果表明,采用化学计量空燃比均质燃烧时,单次喷射和三次喷射对火焰的传播和均匀度都有显著影响,三次喷射的缸内火焰分布较单次喷射均匀;而采用壁面引导的稀薄分层燃烧模式时,火焰较为明亮,且分布不均匀。可以认为,三次喷射有利于喷射雾束与空气的交换,促进油气混合;且缸内油气混合的分布对火焰的传播和分布有重要影响。

某GDI汽油机整车燃烧分析与研究

汽油机是通过燃烧将汽油的化学能转化为动能来工作的,燃烧过程中有无爆震以及燃烧稳定性与汽油机性能息息相关,本文基于AVL燃烧分析仪对某GDI汽油机在整车路试过程中的燃烧情况做了分析与研究,整车燃烧分析试验结果显示,在较为苛刻的高速环路试验和山路试验工况下,该GDI汽油机爆震频率极低,燃烧稳定性良好,无爆震风险。

增压直喷汽油机起动怠速及混合气浓度对微粒排放的影响

在一台增压直喷(GDI)汽油机上,使用快速微粒光谱仪(DMS500)对排气中微粒排放分布进行了实验研究.结果表明:在发动机起动后数秒内微粒排放较高,随着暖机进行积聚态微粒排放减少,热机怠速工况排气微粒主要以核模态为主.随着过量空气系数λ减小缸内峰值压力增加,燃烧持续期缩短,缸内平均温度升高,燃烧后期缸内温度下降幅度增加,混合气氧含量降低,这些均促进了碳烟排放.采用稀混合气时,循环变动升高.低负荷时,积聚态微粒对λ变化较敏感;增加负荷和转速后,积聚态微粒数浓度有所降低,表现为随λ减小而增加的趋势.采用浓混合气时,排气微粒质量迅速增加.在实验工况,排气微粒的几何平均直径(GMD)和中位直径(CMD)基本在10,nm以内,λ为0.8时微粒的GMD和CMD值较大.

汽油机缸内直喷技术的探索与研究

汽油机采用缸内直喷技术主要达到两个目标:一是大幅度改善汽油机的燃油经济性;二是控制排放,主要是NOx、未燃HC和少量的未燃颗粒物的排放。采用缸内直喷技术把汽油直接喷射到气缸中,可以精确控制空燃比,并在混合气形成的组织上具有更大的灵活性,可实现汽油机的燃油经济性和动力性能的大大提升。通过采用合适的燃烧模式和排放后处理技术,使排放特性也会得到大幅度改善。

基于PEMS的缸内直喷汽油机颗粒物排放特性

为适应国6等日益严苛的排放法规,汽油机颗粒捕集器(GPF)被认为是一种应对缸内直喷(GDI)汽油机颗粒物排放限值最有效的潜在技术。本文以装有GPF的2.0T GDI发动机为研究对象,采用便携式排放测试系统(PEMS)研究了转速、负荷变化对发动机颗粒数(PN)排放特性的影响,以及不同排温下GPF的捕集效率的影响。结果表明:GDI汽油机总颗粒物数量浓度在转速不变时,随着负荷的增加呈现明显的先下降后急剧上升的U型趋势;GPF再生过程中,会出现GPF后的PN浓度大于GPF前的浓度的现象;一定程度内,灰分层的积累使汽油机颗粒捕集器过滤机理中的拦截沉积作用增强,深层过滤效果明显,捕集效率快速增大。

高效清洁车用汽油机燃烧的研究进展

分析了2000—2009年来中国汽车工业发展和与此相关的能源及排放法规的变迁,指出节能的重要性将会超过排放污染问题。缸内直喷汽油机(GDI)和小排量是目前汽油机节能的两条途径,在气道喷射式汽油机上采用小排量技术具有成本低的特点,而在GDI汽油机上采用小排量技术则可以获得更显著的节油效果。以均质当量比为特征的第二代GDI节油效果有限,第三代GDI必须解决爆震(高压缩比)、废气稀释燃烧稳定性以及微粒排放3个关键问题。均质压燃(HCCI)是汽油机节能减排理想的燃烧方法。汽油-柴油双燃料燃烧方式具有最高的节油效果,并为未来汽油机和柴油机的统一化奠定基础。

MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放的影响

为研究MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度的影响,利用DMS500快速型微粒光谱仪,对一台增压缸内直喷(GDI)汽油机和一台自然吸气式气道喷射(PFI)汽油机燃用基础油以及在基础油中添加有机锰(MMT)的燃油的微粒排放特性进行了试验研究.结果表明:MMT的添加均会增加GDI、PFI汽油机的微粒排放,燃用不同含Mn量的燃油,各负荷下GDI汽油机的微粒数量浓度均明显高于PFI汽油机.中小负荷下GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度均随着Mn含量的增加而上升.大负荷下,PFI汽油机微粒数量浓度随着Mn含量的增加而上升,但GDI汽油机则是在燃用不含Mn的燃油时微粒数量浓度最低,而后随着燃油中Mn含量的增加,超细微粒数量浓度的峰值反而逐步降低.GDI、PFI汽油机核模态与积聚模态微粒数量变化的规律相似.

二次喷射策略对GDI发动机微粒排放影响规律的仿真研究

为降低GDI发动机微粒排放,搭建了某型缸内直喷汽油机的三维数值模型并利用AVL-Fire对发动机微粒生成过程进行仿真模拟,探究缸内微粒的生成机理和两次喷油策略对微粒生成的影响规律。首先对原机喷油参数下的单次喷射策略进行了仿真研究,其次,在单次喷射的基础上进行了燃油两次喷射,探究喷油时刻及喷油比例对微粒生成的影响规律,得到了如下的研究结论:原机喷射策略下未完全蒸发的油膜遇到火焰时在油膜表面产生扩散燃烧导致微粒大量生成;二次喷射策略下,随第二次喷油时刻推迟,最终微粒质量分数和数量浓度均先减小后增加,优化后的二次喷油策略最终微粒质量分数为1.28×10^-11,最终微粒数量浓度为2.99×10^13,较单次喷射策略分别降低了46.89%和31.42%。因此,合理的制定二次喷油策略可以减少微粒的产生。

火花塞对缸内汽油直喷增压发动机油气混合影响研究

针对三种不同火花塞,利用STAR-CD软件对某缸内汽油直喷(GDI)增压发动机在1 500 r/min全负荷工况下缸内的油气混合进行了CFD分析,得到发动机在点火时刻气缸内及火花塞附近混合气的空燃比及流场分布,并评价了缸内滚流、湍动能及油气均匀性参数。分析结果表明,在点火时刻,三种火花塞周围湍动能和缸内油气场特性略有差异。但总体上来说,对点火性能影响不大,为GDI发动机的火花塞设计和使用提供了理论依据。

燃油喷嘴小油量非线性区补偿算法研究

随着机动车排放标准的日趋严格和不断升级,汽油直喷(gasoline direct injection, GDI)发动机需要采用更加先进而复杂的喷射模式和控制策略才能满足其要求。而先进的喷射模式和控制策略则需要控制GDI喷油器在特性曲线非线性的小油量区域进行喷射,且各喷油器特性曲线之间的离散性很大。如果从机械设计或加工工艺上提高小油量喷射的一致性,则难度很大且成本很高。基于轨压降的小油量补偿策略,通过对补偿原理与方法进行深入的研究和试验分析,成功开发和实施了GDI喷油器小油量补偿策略,并在某量产GDI喷射器上进行了补偿效果的验证。试验结果表明,进行了油量补偿后的油量一致性有较大改善,满足了GDI喷油器的小油量喷射要求。