对置活塞二冲程内燃机折叠曲轴系统动力学分析

运用理论力学和发动机动力学的基本理论,对所提出的折叠曲轴系统建立了运动学和动力学分析模型,并利用MATLAB/Simulink建立仿真模型进行动力学特性分析。结果表明:与传统发动机相比,该内燃机活塞运动学关于上止点具有明显的非对称性,相同转速下使膨胀时间延长而压缩时间缩短,提高了上止点附近气流湍动能,有利于增强上止点附近的气体紊流强度,燃烧等容度也有所增加;但换气时间变短,影响换气质量;动力学上,活塞侧压力较传统二冲程发动机大幅度减少,有利于减少气缸壁的磨损。

对置活塞折叠曲柄内燃机刚体动力学特性分析

建立了一种新型的对置活塞折叠曲柄内燃机的刚体系统动力学模型,并对其标定转速下运动机构的运动学规律和动力学特性进行了分析,得到了各个销轴水平方向和竖直方向的作用力变化曲线、各轴承比压及主要轴承的载荷图。分析结果表明:折叠曲柄系使活塞运动学具有不对称性,膨胀时间增长、压缩时间缩短,有利于提高内燃机的充气效率和加快内燃机燃油气的混合速率,会缩短着火延迟时期。动力学上,活塞侧压力较传统内燃机大幅度减小,有利于减小气缸壁的磨损;机构竖直方向的受力远小于传统内燃机,水平分量易被抵消,系统平衡性较好。

对置二冲程柴油机燃油电控系统开发

分析对置二冲程柴油机工作特点及其对燃油系统的需求,进行燃油系统电控单元开发。根据对置二冲程柴油机大容积变化率等特点,采用电控高压共轨燃油系统。电控系统采用MPC5554微处理器,利用其两个独立时间处理单元(eTPU_A模块和eTPU_B模块)进行双喷油器协同控制。按照模块化设计方法进行了电控系统的软硬件设计,采用可编程逻辑器件,在台架上进行高压共轨轨压控制及不同喷油脉宽和压力下的喷油量试验。结果表明,所设计的电控系统可以满足对置二冲程柴油机对同一缸的两个喷油器同时工作的要求。

对置二冲程柴油机喷油驱动模块开发

针对对置二冲程柴油机需双喷油器同时工作的特殊要求,进行了燃油喷射驱动模块的设计。通过合理分配MPC5554的2个增强型的时间处理单元,完成对喷射时序的控制;驱动模块采用高低端驱动方式工作,根据微控制器给出的喷油脉宽信号,便可以完成对喷油器电磁阀的闭环控制。此外,该模块还可以有效回收喷油器电磁阀断开时所产生的多余能量。经试验验证,所设计的驱动模块在喷射时序上能够满足对置二冲程柴油机对喷油的要求,而且可以使喷油器电磁阀在110μs左右打开,满足电控喷油器的驱动要求。

苄基叠氮化合物液滴蒸发特性试验研究

为了探究叠氮复合柴油实现快速燃烧的根本原因,本文在挂滴试验装置上利用高速摄像技术观察了初始直径为1.42 mm的苄基叠氮化合物液滴蒸发过程中的形态变化,研究了环境温度对液滴蒸发特性的影响。试验结果表明当环境温度达到苄基叠氮化合物发生液相化学反应的温度时,液滴的蒸发特性将发生根本改变,而且在液滴蒸发过程中观察到了液滴变形、气泡产生和膨胀、喷气、微爆等四种主要现象,这一强烈的反应是液滴内部的苄基叠氮化合物在液相中分解高速释放出的N_2所引起地。

苄基叠氮复合柴油液滴燃烧特性试验研究

本研究旨在利用飞滴法,对苄基叠氮复合柴油促进燃烧的机理进行试验研究。研究结果表明:苄基叠氮化合物和30%苄基叠氮复合柴油相比于柴油的燃烧火焰颜色更深,有更多的碳烟生成。苄基叠氮化合物液滴在燃烧中期和燃烧末期火焰附近观察到了分散的火焰,表明其液相化学反应使得液滴破裂,产生的卫星液滴脱离主液滴而继续燃烧。三种燃料液滴的归一化直径平方呈现出两阶段特性,苄基叠氮化合物的引入加速了液滴的燃烧,使得液滴燃烧速率增大。

苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发特性试验研究

为了排除多组分燃油沸点差异性的影响,本文利用正十六烷代替柴油,采用挂滴法研究了不同环境温度下30%配比苄基叠氮-正十六烷液滴的蒸发特性。试验结果表明,在低温423 K下,由于苄基叠氮化合物没有发生分解反应,30%苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发特征与正十六烷基本相同,表现出两阶段蒸发特征。在高温723 K下,分解反应的发生使得30%苄基叠氮-正十六烷蒸发的阶段性特征发生根本改变,归一化液滴直径平方曲线呈现出波动,液滴生存时间缩短。同时,在蒸发过程还观察到气泡产生、膨胀和喷气现象。而且,随着环境温度的升高,苄基叠氮化合物分解阶段Δt_(bah2)的加速是缩短液滴生存时间的主要原因。