基于光纤测试的汽油机爆震预防和位置验证

为了验证快速燃烧技术抗爆措施在汽油机上的综合效果,以及获取燃烧系统进一步优化的方向,利用光纤测试技术和传统测试手段,通过统计分析,在增压直喷汽油机上进行爆震测试、爆震位置识别以及爆震强度与爆震位置相关性研究.结果表明:刻意提前点火角诱发爆震可获得发动机的抗爆潜力,通过外特性进/排气侧爆震特征分析和缸间爆震特征对比,发现在研发动机的爆震位置以进气侧为主.在爆震强度最高的循环和爆震峰值(KPPK)排名前5的循环中,进气侧发生高强度爆震的概率高达69.7%和64.5%,该结果与爆震仿真趋势预测结果相一致,此方法可预测爆震和验证爆震位置,为发动机性能的进一步升级提供方向.

空气辅助直喷汽油机缸内喷雾特性的试验

为了解直喷汽油机缸内气流运动对喷雾特性的影响,利用定容弹及缸筒全透明式光学发动机进行了相关试验,并利用三维计算流体力学软件模拟了缸内的气流运动情况,分析了缸内气流运动、燃油喷射时刻及发动机转速等对空气辅助直喷喷嘴喷雾特性的影响.结果表明:进气气流对喷雾场有明显的吹偏作用,其作用通过引入喷雾半锥角及喷雾锥角偏移度的概念来反映;随着燃油喷射时刻推迟,进气气流对喷雾场的吹偏作用逐渐减弱,喷雾锥角偏移度随之减小,而喷雾的贯穿距离不断增大;进气气流的流速随着发动机转速的下降而降低,其对喷雾场的影响也随之减弱,喷雾锥角、喷雾半锥角及喷雾锥角偏移度均随之减小,但喷雾贯穿距离的变化并不显著.

乙醇对汽油火焰碳烟生成特性影响的试验研究

设计并制作了一套新型的能够产生稳定层流火焰的液体燃烧器。将体积分数为0%、20%、50%和85%的无水乙醇混入92#汽油配制出了不同掺混比的乙醇汽油混合燃料,应用光学诊断技术在常压下对各燃料稳定火焰中的碳烟浓度分布进行测量,研究了添加乙醇对汽油火焰中碳烟生成特性的影响。研究结果表明:在保证碳元素流量为6.05g/h的情况下,随着燃料内乙醇的增加,各燃料均能生成稳定火焰,火焰高度保持在(50±1)mm;火焰中各个高度上的碳烟浓度都出现不同程度的降低;碳烟生成总量呈现直线下降规律,E20、E50、E85火焰中的碳烟总量相对于E0火焰分别降低了16.20%、37.77%和61.66%。

喷油定时对汽/柴油混合燃料燃烧影响的可视化研究

通过一台光学发动机,利用高速摄影技术,对纯柴油和汽油体积掺混比为60%汽/柴油混合燃料(G 60)在不同喷油定时下进行了燃烧特性试验.结果表明:G 0和G 60燃料均呈单峰放热规律;与纯柴油相比,G 60燃料最高燃烧压力pmax对喷油定时变化更为敏感.随着喷油定时提前,纯柴油和G 60燃料的滞燃期呈线性增大,着火时刻逐渐提前,着火点分布于视窗边沿,G 60燃烧图像中高亮火焰面积逐渐减少,柴油扩散燃烧比例降低,累计放热量为5%(CA 5)至累计放热量为50%(CA 50)对应燃烧持续期逐渐缩短.相对于柴油,G 60燃料滞燃期延长,着火时刻滞后,在稀燃状况下,CA 5至CA 50的燃烧持续期延长.

用光纤燃烧传感器测量汽油机的燃烧时间参数

介绍了一个光纤燃烧传感器＋ＯＭＡ４光多通道分析仪组成的测量系统，用以测量汽油机燃烧火焰光谱。光谱分析结果再次证实了燃烧火焰中ＣＨ（４３１．５ｎｍ），Ｃ２（５１６．５ｎｍ），Ｈ２Ｏ（５８９ｎｍ）等自由基的特征光谱同Ｃ粒子的热辐射连续光谱叠加在一起，构成了火焰光谱。根据光谱曲线中Ｈ２Ｏ光强峰值变化可以确定汽油机燃烧过程中重要的时间参数：着火延迟期和燃烧持续期。由于汽油机燃烧循环变动大，与单色仪＋ＢＯＸＣＡＲ积分平均器组成的测量系统相比，光纤燃烧传感器＋ＯＭＡ４光多通道分析仪系统测量汽油机燃烧火焰光谱测量精度高，工作效率高。

汽油压燃燃烧过程碳烟生成的数值模拟

汽油压燃(GCI)燃烧方式能在获得较高热效率的同时保持较低的排放,但在大负荷高EGR率条件下,GCI仍存在碳烟排放较高的现象.本文基于Converge软件对GCI燃烧过程中的碳烟生成、发展及其氧化过程进行了模拟研究.首先在一个定容燃烧弹装置上验证了3种多步现象学碳烟模型在喷雾燃烧中的预测性能,然后对光学发动机中的GCI燃烧和碳烟生成过程进行了仿真研究.结果表明,在控制CA50不变的条件下,选取Gokul模型进行了HCCI、GCI、CDC燃烧方式的对比研究,结果表明,由于高辛烷值燃料的滞燃期较长,GCI燃烧的碳烟显著低于CI模式.GCI燃烧室内仍存在局部浓区,其燃烧特征介于预混燃烧和扩散燃烧之间,在研究的小负荷工况下,其碳烟生成过程与HCCI燃烧较相似,较为均匀的油气混合状态抑制了碳烟的生成.

用光纤燃烧传感器测量汽油机的燃烧时间参数的研究

本文介绍了一个光纤燃烧传感器及ＯＭＡ４光多通道分析仪组成的测量系统，用以测量汽油机燃烧火焰光谱。光谱分析结果再次证实了燃烧火焰中ＣＨ（４３１．５ｎｍ），Ｃ２（５１６．５ｎｍ），Ｈ２Ｏ（５８９ｎｍ）等自由基的特征光谱同Ｃ粒子的热辐射连续光谱叠加在一起，构成了火焰光谱。根据光谱曲线中Ｈ２Ｏ光强峰值变化，可以确定汽油机燃烧过程中重要的时间参数：着火延迟期和燃烧持续期。由于汽油机燃烧循环变动大，与单色仪和ＢＯＸＣＡＲ积分平均器组成的测量系统相比，光纤燃烧传感器＋ＯＭＡ４用光多通道分析仪系统测量汽油机燃烧火焰光谱，测量精度高，工作效率高。

汽柴油混合燃料的混合比例对燃烧特性影响可视化研究

在一台电控高压共轨光学发动机上,利用高速摄影机和缸压数据采集系统,研究不同比例的汽柴油混合燃料缸内直喷对发动机燃烧特性的影响。研究结果表明:随着汽油比例的增加,汽柴油混合燃料的滞燃期和燃烧持续期增加,燃烧瞬时放热率、缸压峰值降低,峰值出现时刻均推迟,着火点亮度降低,着火点面积增大,燃烧火焰亮度降低,出现大范围蓝焰。

用光学法对汽油机燃烧循环变动的测量和评价

研制了一种光纤燃烧传感系统 ,用以测量汽油机燃烧火焰光谱 .试验中测量了 43 1nm (CH) ,5 16nm(C2 )及 5 88nm(H2 O)三种特征谱线在不同工况下的光强变化曲线 .并提出了一种新的评价燃烧循环变动的方法 ,即用光变化曲线的特征参数来评价 .试验结果表明 ,光强变化曲线能够反映燃烧过程进行的好坏及燃烧的时间特性 ,可以用来进行燃烧循环变动的评价 .

车用汽油机射流燃烧系统的研究进展

汽油机射流燃烧系统已有多年的研究开发和实践 ,经过反复考验 ,其优越性得到证实。本文从射流室的特殊结构特点出发 ,利用多通道光纤高速摄影照片和示功图分析并结合紊流燃烧理论 ,对射流燃烧过程的燃烧特性进行的研究 ,论证了其诸多方面的优越性。

缸内直喷汽油机冷启动燃烧与排放光学试验研究

结合光学单缸机和激光诱导荧光测量技术对直喷汽油机冷怠速工况缸内油气混合与燃烧过程进行了可视化试验研究。试验采用了屋脊形透明缸套和双侧激光,利用统计图像评估方法得到了缸内混合气浓度和燃烧火焰分布图像,通过缸压传感器和燃烧分析仪对燃烧稳定性进行了分析,采用废气分析仪和光学传感器分别对碳氢和碳烟排放进行了分析评估。研究表明:燃烧稳定时燃油与缸套碰壁是碳氢排放产生的主要原因,碳烟排放则主要由活塞顶部燃油碰壁造成;适当推迟第二次喷油时刻有利于点火时刻火花塞附近稳定浓混合气的形成,继而提高燃烧稳定性,同时减少碳氢排放,过迟喷射会导致碳烟明显增加,过早喷射会造成缸内失火,碳氢排放增加。

二冲程气油机燃烧混合油时着火时刻的火焰光谱分析

二冲程汽油机排气污染严重，尤其是燃烧混合油、浓混合气时有害物排放量大。着火时刻火焰光谱分析表明，ＣＨ（４３１．５ｎｍ）及Ｃ２（５１６．５ｎｍ）自由基光强峰值比较强，尤其是ＣＮ（３８７ｎｍ）自由基光强峰值比较突出。根据Ｆｅｎｉｍｏｒｅ机理可以解释排气中ＮＯＸ的生成机理。这一点也为日本Ｎａｇａｓｅ的试验所验证。

用光纤传感系统对汽油机燃烧循环变动测量和评价

研制了一种光纤燃烧传感系统,用以测量汽油机燃烧火焰光谱。试验中测量了CH(431nm)、C2(516nm)及H2O(588nm)三种特征谱线在不同工况下的光强变化曲线。并提出了一种新的评价燃烧循环变动的方法,即用光变化曲线的特征参数来评价。试验结果表明,光强变化曲线能够反映燃烧过程进行的好坏及燃烧的时间特性,可以用来进行燃烧循环变动的评价。

二冲程汽油机着火时刻的火焰光谱分析

二冲程汽油机排气污染严重，尤其是燃烧混合油、浓混合气时有害物排放量大，着火时刻火焰光谱分析表明，CH（431．5nm）及C2（516．5nm）自由基光强峰值比较强，尤其是CN（387nm）自由基光强峰值比较突出。根据Fenimore机理可以解释然气中NOx的生成机理。

高增压汽油机爆震的可视化研究

基于一台单缸可视化汽油机研究了缸内的爆震现象。通过调节发动机运行参数及运用高速摄影技术,在更大的观测视角内拍摄了缸内不同强度爆震的火焰发展过程。试验所记录的图像信息结合缸内压力数据,为爆震形成的原因及强烈爆震中大幅度压力振荡波的产生提供了分析依据。研究发现:末端气体自燃引起的轻微爆震与强烈爆震的压力振荡和火焰图像明显不同;爆震自燃点的发展模式影响了缸内压力波的震动幅度,诱发强烈爆震的自燃点接近缸壁区域,但并非壁面点火。自燃点可形成自燃反应锋面的扩散,其传播路径受到主火焰与缸壁的限制。

高压缩比汽油机分层压燃效果的光学诊断

对汽油分层压燃燃烧方式进行了光学诊断,研究了缸内直喷(GDI)持续期、喷油时刻及轨压对分层引燃压燃效果影响。在一台光学单缸机上,采用气道喷射预混,缸内直喷辅助火花引燃的方法,分别在0.5、1.2、2.0 ms的3种不同喷油持续期,上止点前曲柄转角CA为40°、50°、60°、80°和100°的5种直喷喷油时刻,以及3.8、10、15 MPa的3种轨压下开展了对比试验。结果表明:高压缩比发动机维持常规气门定时,利用气道喷射预混,缸内直喷辅助火花点火,可以实现分层引燃压燃燃烧。通过合理标定直喷喷油持续期、喷油时刻和轨压,可以提高压燃成功率、提升压燃稳定性并降低碳烟排放。

低速稀薄燃烧工况下闪沸喷雾燃烧特性

均质稀薄燃烧已被证实是未来进一步优化直喷汽油机燃烧、节能减排的关键技术.然而,稀薄燃烧的控制应用面临巨大挑战,特别是在低速稀薄燃烧工况下,温度较低,气流速度较弱,火核形成以及火焰传播速度较慢,对油气混合均匀度要求较高.本文针对一台直喷光学发动机中闪沸喷雾的应用,对低速稀薄燃烧工况下火焰发展规律、放热规律等进行了分析.结果显示,闪沸喷雾可以有效提升燃烧放热速度,改善缸内指示平均有效压力(IMEP).

广汽新一代1.5T直喷汽油机燃烧系统开发

为满足第四阶段油耗法规和CN6b排放限制要求,广汽集团以GCCS高效燃烧控制技术为核心,运用大量先进技术,开发了全新一代采用Miller燃烧循环的增压缸内直喷汽油机(TGDI)。基于多种先进的光学诊断技术搭建了燃烧系统可视化开发平台,结合模拟仿真计算手段对进气道、燃烧室结构及喷雾的优化设计,开发出了紧凑、高效、低排放的miller燃烧循环控制原型。在此基础上结合发动机本体的轻量化设计、系统性的减摩技术和先进的热管理,进一步降低了整机的油耗水平。热力学试验结果表明:该发动机万有特性最低油耗为215g/(kW·h),最高热效率为39.3%,并实现了75kW/L的升功率密度,且具备不带GPF满足CN6b排放的潜力。

喷油策略对直喷发动机燃烧影响的可视化研究

在一台中置多孔喷油器的光学单缸发动机上,通过高压直喷供油系统和时序控制单元控制喷油压力、喷油时刻(SOI)来研究燃油喷射控制策略对缸内喷雾发展形态和燃烧特性的影响,研究结果表明,SOI影响缸内混合气的形成,合适的SOI可以避免喷雾撞击缸套或活塞;SOI对燃烧特性有显著的影响,通过调整SOI,可以改善燃烧稳定性,减小燃烧过程中碳烟生成的明亮区域;缸内直喷发动机中,喷油压力直接影响喷雾的宏观形态,随着喷油压力的增加,有利于燃油的破碎和雾化,有利于缸内混合气的形成,进而保证稳定的预混合燃烧过程。

光纤燃烧传感器及其测量系统的研究

设计了一种用于发动机燃烧火焰光谱分析的新型光纤燃烧传感器，并应用OMA4光多通道分析仪在一台汽油机上进行了实际测量。试验表明，光纤燃烧传感器及其测量系统具有工作可靠、测量精度高、频率响应快等优点。光谱分析的结果证实了汽油燃烧火焰由碳粒子的连续光谱和各种中间产物的特征谱组成。这些光谱的光强变化反映了燃烧过程的规律。