某款增程器超级爆震故障分析及优化

目前,增程式电动汽车随着市场的关注成为了各厂家开发的焦点,其中增程专用发动机(DHE,Dedicated Hybrid Engine)的开发更是重中之重。不同于传统燃油车,DHE更加注重高效、集成、静谧的特性,因此其开发边界与整车的功率需求有着强耦合关系。本文以某款增程器失效为例,通过对缸体破裂的分析展开,重点对发动机的热管理架构及燃烧特性进行了改善及优化,进一步规避了系统冷却能力不足以及低速早燃导致超级爆震的风险。该论文对增程器的开发以及类似故障解析具有一定参考价值。

增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验

在增压缸内直喷汽油机上发现了与普通爆震不同的异常燃烧模式——超级爆震,阐述了超级爆震的特征,对比分析了超级爆震与常规爆震和正常燃烧的基本不同.发生超级爆震时,最大爆压达到正常燃烧的2倍以上,并且通过推迟点火角不能抑制超级爆震的发生.在此基础上,初步研究了冷却水温度、进气温度、进气相位和过量空气系数等对超级爆震的影响.试验结果表明:降低冷却水温度,优化进气相位,可以一定程度抑制超级爆震;降低进气温度、改变过量空气系数,对超级爆震没有明显的影响.

增压直喷汽油机超级爆震的不同抑制方法

超级爆震是增压直喷汽油机提高升功率和降低油耗的主要障碍,在典型增压小排量直喷汽油机上对不同的超级爆震抑制方法进行了研究.结果表明,加浓、分层和扫气都能够抑制超级爆震,但采用混合气加浓会恶化发动机油耗,采用混合气分层发动机排温大幅升高,推迟排气门关闭时刻实现扫气也能抑制超级爆震,但油耗和CO排放升高.进一步的研究发现,采用优化的进气行程两次喷射策略能够有效地抑制超级爆震,并且能够保证发动机的油耗、排温以及排放不恶化.

增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展

增压直喷是实现汽油机节能的有效手段,而超级爆震是进一步提高功率密度的主要障碍。超级爆震和早燃是两种不同的燃烧现象。超级爆震是高功率密度内燃机中的一种强烈的敲缸现象,常发生在低速、大负荷工况,具有随机性、偶发性和破坏性。早燃是火花点火内燃机中点火前出现着火的异常燃烧现象。早燃不一定导致超级爆震,但超级爆震前一定发生了早燃。抑制超级爆震的一条重要途径是杜绝早燃。早燃的诱发源主要有机油液滴和颗粒物。燃油和机油的组分与物理化学性质对超级爆震发生频次也有着重要影响。

直喷增压汽油机扫气条件下喷油策略对超级爆震的影响

在缸内直喷汽油机上,将扫气和两次喷射相结合,研究在扫气条件下燃油策略对超级爆震抑制作用及对发动机经济性和排放性的影响。试验中制定了一种考虑发动机实际运行工况的超级爆震的试验测试程序。在不同喷油策略下发动机超级爆震工况点的试验结果表明:采用一次喷射策略,不同的燃油喷射角对性能影响很大,燃油喷射角过于提前,会产生油束与活塞顶面碰壁现象,推迟燃油喷射角可以降低碳烟排放。采用两次喷射相对一次喷射,碳烟排放可更进一步降低,输出转矩变化不大。两次喷射中二喷油起始角对超级爆震十分敏感。采用两次晚喷的分层模式会增大超级爆震频次,采用两次早喷的均质模式能减少超级爆震频次。

基于两次喷射的TGDI汽油机超级爆震试验及仿真

采用试验和数字模拟方法研究了两次喷射对增压直喷(TGDI)汽油机产生超级爆震的影响.结果表明:与单次喷射相比,两次喷射模式对超级爆震现象具有抑制作用;在两次喷射模式中,将第二次喷油结束时刻推迟至进气行程末期或压缩行程,会促进超级爆震现象发生,而增大第二次喷油的比例有助于抑制超级爆震;结合缸内温度分布模拟结果发现,由第一次喷油激起的润滑油油滴和第二次喷油引起的缸内温度场变化是形成超级爆震诱发热点的重要因素.

进气道喷射氢发动机燃烧及爆震特性试验研究

为探究进气道喷射(PFI)氢发动机燃烧特性,以一台四冲程PFI氢发动机为研究对象,开展了关键参数(点火时刻、当量比)对氢发动机燃烧及爆震特性影响的试验研究,其中点火时刻在-5°CA~-30°CA内变化,当量比在0.5~0.8内变化.结果表明,随着点火时刻从-5°CA提前到-30°CA,发动机做功能力逐渐降低,循环变动逐渐增大;将当量比从0.5提高到0.7时,发动机做功能力有所下降且循环变动增大,综合发动机做功能力和循环变动来看,-15°CA点火时刻发动机性能最优;根据统计学角度分析得知,从点火时刻-25°CA开始,随着点火时刻的推迟,平均爆震强度呈现先增大后降低的趋势;平均爆震强度随当量比的提高整体呈增大趋势,但其对当量比的敏感性与点火时刻密切关联,-15°CA~-20°CA点火时,增大当量比会使平均爆震强度明显增加;同时,点火时刻较为提前或推迟时爆震概率对当量比的敏感性较大,增大当量比会使爆震概率明显增加、爆震起始时刻提前.此外,在高当量比条件下,初期循环中一般强度爆震的累加作用会诱发超级爆震.

润滑油添加剂对汽油机低速早燃影响的研究进展

汽油机低速早燃的发生严重制约汽油机燃烧效率,在影响低速早燃的诸多因素中,润滑油添加剂对低速早燃的发生起着至关重要的作用。详细分析了含钙、锌、钼、镁、钠等润滑油添加剂对汽油机低速早燃的影响,并介绍汽油机低速早燃的发生机理。针对减少汽油机低速早燃发生频次提出了改进润滑油添加剂组分及配方的建议。

甲醇混合气自燃的压力振荡特性研究

以一台增压中冷压燃式发动机为试验样机,在其第1缸进行甲醇混合气自燃试验,分析甲醇自燃的压力振荡特性,研究超级爆震中破坏性压力波形成的规律。研究结果表明:随着过量空气系数的减小,甲醇自燃的概率有上升的趋势;而在同一过量空气系数下,上止点前着火的循环最高燃烧压力和压力振荡幅度远大于上止点后着火的循环,振荡频率也较高,并且随着着火时刻靠近上止点,最高燃烧压力和压力振荡的幅度与频率均增大;自燃时刻位于上止点前附近时,压力振荡的破坏性最大;甲醇自燃与超级爆震类似,具有间歇性。

增压直喷乙醇-汽油发动机超级爆震模拟

采用在压缩行程上止点前向燃烧室内直接喷入一定量机油液滴,模拟了悬浮在燃烧室内的机油液滴引燃可燃混合气诱发低速早燃(LSPI)现象的过程.试验验证了选用的计算模型及计算方法的可行性后,数值模拟了不同低速运转条件下、不同乙醇掺混比(体积分数)的乙醇-汽油混合燃料时,小缸径增压直喷发动机燃烧室内由机油液滴引发的低速早燃现象以及后续的超级爆震过程.结果表明:乙醇掺混比分别为10%和20%(E10、E20)时,发动机缸内依次发生了超级爆震燃烧;当乙醇掺混比为30%(E30)时,即使发生了早燃现象(1200 r/min)并导致随后的爆震燃烧,但压力升高幅度明显降低,此时没有发生超级爆震燃烧;随着发动机转速提高(1600 r/min),使用E30燃料时发动机缸内也仅发生了早燃现象,而没有发生爆震燃烧;当乙醇掺混比高于50%(E50)后,不同工况条件下发动机缸内已经没有低速早燃现象.使用乙醇-汽油混合燃料的小缸径增压直喷发动机在超级爆震发生前一定有低速早燃现象发生,但低速早燃现象不一定导致超级爆震过程.

燃烧边界条件对异辛烷自然及爆震的影响

爆震现象是限制现代高强化内燃机热效率大幅度提高的关键技术瓶颈,而目前其机理尚不完全清楚.针对高强化内燃机在低速大负荷条件下存在的爆震及超级爆震异常燃烧现象,基于一台重复性良好的可视化快速压缩机,以自燃理论与现有爆震机理为理论基础,以测量燃烧室内瞬态压力以及分析高速摄影燃烧图像为主要研究手段,开展了燃烧边界条件对异辛烷-空气混合气自燃及爆震影响的试验研究,量化研究了有效能量密度、自燃模式与爆震强度之间的影响关系,初步探索了壁面温度对爆震强度的作用机理.结果表明:在当前试验工况下,随着初始温度的提高,异辛烷自燃时刻逐渐提前,爆震强度逐渐增强并出现了超级爆震;与初始温度对自燃时刻及爆震的影响规律类似,自燃时刻、爆震特性与初始压力呈正相关性;在当量比趋近于1时,异辛烷爆震强度显著增强并出现了超级爆震,而在当量比稍浓时有所减弱;但是综合而言,相较于初始温度,爆震强度对初始压力和当量比更加敏感;同时,爆震强度与可燃混合气有效能量密度密切相关,随着有效能量密度提高,正常燃烧逐渐向强烈爆震和超级爆震转移;另外,壁面温度对爆震强度也具有重要影响,相同有效能量密度条件下,壁面温度越高,爆震强度越强,甚至会诱发超级爆震.

缸内直喷汽油机应用现状及问题综述

缸内直喷汽油机以高动力、低油耗、低排放、高功率质量比在世界范围内得到了认可和普及,大众几乎全系列车型安装TSI直喷发动机,其它合资车企在售车型中,也有相当大一部分装有直喷发动机,但这些直喷发动机普遍集中在中高端车型上。目前直喷发动机存在的一些问题,一直困扰着国内自主车企直喷发动机的推出,随着技术进步和成本降低,直喷发动机将覆盖各细分车型。

压力波扰动对内燃机缸内爆震波形成的影响

内燃机小型化成为了一种公认的节能减排技术,但却会诱发“超级爆震”.由于其伴随爆震波的形成,极具破坏性,因此亟需揭示其形成过程及影响因素.本研究通过爆震容弹实验发现,在爆震波形成前总会伴随缸内小扰动波的增强.通过数值模拟,对比了存在和不存在小扰动增强下的缸内燃烧过程,发现如果没有小扰动增强,末端混合气不会形成爆震波.因此,及时消除扰动增强有助于抑制爆震波的形成,降低发动机爆震烈度,使其持续稳定工作.

增压直喷汽油机的低速早燃特性研究

对一台增压直喷汽油机进行低速早燃(low-speed pre-ignition,LSPI)试验研究,在转速为1750 r/min和转矩为320 N·m这一典型的低速早燃工况下,早燃的着火时刻越早,爆震发生倾向越高,并且强度也越大。试验同时研究了发动机运行参数和机油物理化学性质对早燃的影响,研究结果表明随着中冷温度和冷却液温度的提高,早燃频次增加;高黏度的机油可以抑制超级爆震频次和发生倾向;机油添加剂中钙元素对超级爆震的发生起极大促进作用,磷元素起较大抑制作用,镁元素的抑制作用最小。

点燃式液压自由活塞发动机高增压燃烧过程的试验与仿真研究

在快速压缩-膨胀机上进行试验,模拟液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,HFPE)在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程,并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真平台进行增压仿真研究。结果表明:液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大,相同压缩比下发动机循环周期缩短,活塞在上止点附近停留时间缩短,爆震极限压缩比增大,抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率,当缸内初始压力提高至0.15MPa时,发动机指示效率由0.30提高至0.31,但当初始压力达到0.20MPa后,指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题,在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案,即使在初始压力0.80MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。

超级爆震中火焰传播转爆轰现象的研究

模拟了一台高压缩比发动机下超级爆震的燃烧过程,分析火焰传播转爆轰(DDT)过程中压力如何影响末端混合气自燃,以及发生爆轰后的自维持过程.结果表明:压力是火焰传播作用于自燃并引发爆轰的主要原因,在短时间内经历压力波两次压缩,这不同于活塞压缩的原因在于这种压缩具有方向性.此外,维持爆轰需要压力波前新自燃点能量释放加速压力波,存在能量释放速度较压力波速度减小和增大两种自燃点状态,整个过程表现为:自燃释放压力波传递引发自燃状态1,压力波缓慢增强引发自燃状态2,自燃状态1下能量释放速度相对压力波速度减小,自燃状态2下能量释放速度相对压力波速度增大.

增压直喷汽油机超级爆震研究进展

缸内直喷和增压已成为当今汽油机技术的主流方向,然而,随着发动机小型化和动力性的提高,增压汽油直喷发动机出现了一种新的异常燃烧现象——超级爆震,严重影响着发动机性能和使用寿命。本文根据国内外超级爆震的研究现状,阐述了超级爆震的产生机理和检测方法,从发动机及其零部件设计参数、运行参数、控制参数以及燃油和机油品质等方面,分析了影响超级爆震的因素,给出了缓解和抑制超级爆震的措施。

丙烷自燃特性及爆震机理的试验研究

为了深入揭示丙烷自燃和爆震燃烧机理,基于一台新型快速压缩机试验平台,开展了不同初始压力、当量比条件下丙烷-空气混合气自燃和爆震燃烧的试验研究,并通过瞬态压力和高速相机同步测试方法进行了缸内燃烧过程研究.结果表明:爆震压力振荡强度随着初始压力的提升显著增强,压力振荡的产生与着火方式无绝对关系,其振荡强度主要取决于自燃发生前末端混合气的状态.轻微爆震和弱爆震由末端自燃导致,自燃时未燃混合气区域越大,爆震强度也越高.超级爆震的形成是由于超声速自燃火焰的传播导致压力波在火焰面前方的汇聚,并最终导致爆燃向爆轰模式转变所致,从而形成峰值极高的压力振荡.

增压直喷汽油机超级爆燃研究

缸内直喷和增压已成为当今汽油机技术的主流方向,然而,随着发动机小型化和动力性的提高,增压直喷汽油发动机出现了一种新的异常燃烧现象——超级爆燃,其严重影响着发动机性能和使用寿命。根据国内外超级爆燃的研究现状,在典型增压直喷汽油机上对不同的超级爆燃抑制方法进行了研究。结果表明:加浓、二次喷射、冷型火花塞都能够抑制超级爆燃。

气道喷射增压机型超级爆震问题解决与燃烧系统优化

基于一台1.5L气道喷射增压机型设计验证过程中活塞烧蚀、环岸断裂问题,引出近些年才逐渐暴露出的气道喷射增压机型超级爆震问题,并提供了一种质量问题分析解决办法和正逆向燃烧系统优化思路。正向角度探究潜在失效问题真因,从根源方面消除潜在失效风险,逆向角度增强燃烧系统零部件的抗失效能力,最高效地降低甚至消除故障的潜在可能性。针对燃烧系统这一多因素综合作用的复杂问题,不需要过多考虑单一因素对于目标的贡献量大小,在不产生负面效果的基础上,应尽可能地考虑各子因素的叠加作用,以消除潜在失效风险。