内燃机气道及缸内气体流动特性研究

本文对某型号内燃机气道稳态流动和缸内气流运动特性进行了研究.气道流动特性稳态计算结果与气道稳流试验结果相吻合,流动特征参数偏差在3%左右.瞬态计算结果表明,在进气行程初期,缸内涡流和湍流迅速增强,随后涡流变化缓慢,而湍流强度迅速下降.在气门叠开时,存在进气和排气回流现象.进气时,进气阀边缘处是缸内气体最大速度出现位置,气门最大升程时该处速度达到134.4m/s;切向气道缩口处最大速度高达134.7m/s,此处存在一定的进气节流损失.     

四气门汽油机中滚流运动的三维数值模拟

四气门汽油机中空气运动以滚流为主，滚流有助于改善燃烧过程．本文用ＡＬＥ方法进行了四气门汽油机中滚流运动的三维数值模拟．计算结果展示了在滚流缸内三维空间中形成及演变过程，及其湍动能场的变化规律．与实验结果的比较表明两者吻合较好，验证了计算结果的可靠性．     

纹影技术在直喷式柴油机燃烧过程研究中的应用

本文叙述了作者所设计建立的高速纹影摄影光路系统,给出了利用该系统所拍摄的纹影照片,并通过照片简单分析了柴油机缸内的喷雾和燃烧过程。结果表明,纹影技术是研究发动机缸内空气运动和喷雾燃烧过程的有效手段。     

四气门发动机可变涡流稀薄燃烧特性研究

本文研究了可变涡流对四气门发动机稀薄燃烧特性的影响情况。在稀薄燃烧情况下,发动机负荷大小对CO和HC排放的影响不大,对NOx排放的影响主要表现在对13～17空燃比范围内NOx排放的影响,负荷越大,NOx排放越大;对空燃比小于13或大于17以后的NOx排放影响较小。阀片位置对发动机排放特性的影响较小,对发动机的燃油经济性存在一定影响,这是因为不同阀片位置的进气涡流比不同所致,同时也表明较强的涡流运动对燃油经济性更有利。涡流运动在不同转速条件下对发动机燃油经济性的影响情况不同,它更有利于改善低速条件下的燃油经济性。     

改质缸当量比对缸内热化学燃烧模式稀燃天然气发动机燃烧性能的影响

本文基于一台PFI增压稀燃点燃式天然气发动机,在其第四缸进气歧管处加装甲醇液体燃料喷嘴用以加浓第四缸(改质缸),发生缸内热化学燃料改质(TFR,Thermochemical fuel reforming)反应,再将改质缸排气直接引入发动机进气总管,以实现稀燃天然气发动机性能优化。本文研究了改质缸当量比(ΦTFR)对缸内热化学燃料改质过程的影响及对整机燃烧和性能的影响。研究结果表明:随着ΦTFR的增加,改质过程产生的H_2和CO含量显著增加,发动机缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值增加,缸内燃烧温度增加,放热相位提前,火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机工作稳定性增强,同时燃料消耗率降低,有效热效率增加,并且随着Φ_(TFR)的增大,H_2和CO增多,拓宽了TFR稀燃天然气发动机的稀燃极限,有效降低燃烧温度,使得具有降低NO_x排放的潜力。     

直喷式柴油机燃烧数值计算研究

以KIVA-3为计算平台,对4气门直喷式柴油机的早喷燃烧、预喷燃烧和传统燃烧三种燃烧方式工作过程进行了模拟计算,得以下结论:早喷燃烧方式因喷到缸壁的油量较多,受进气涡流影响较少,同时利用喷射效应改善缸内氧气分布,因此早喷燃烧比较完全。预喷燃烧方式仍以扩散燃烧为主,预喷油燃烧改变了主喷初期油注周围的组分分布与温度分布,从而改变主喷燃油的燃烧历程。进气涡流造成的缸内流场不均匀性是影响传统燃烧方式燃烧不完全的主要因素之一。     

生物制气-柴油双燃料发动机燃烧特性研究

各种农林废弃的生物质,经气化炉热解气化产生可燃生物制气,作为柴油为引燃燃料的双燃料发动机主要燃料,测量该发动机及柴油机在运转范围内的燃烧过程,并分析燃烧始点、最高燃烧压力及相位的变化规律。双燃料发动机与燃用纯柴油时的发动机相比,燃烧始点较迟,在低速大负荷时比柴油机气缸最高燃烧压力及最大压力升高率要大,在其余工况比柴油机要低。     

米勒循环汽油机燃烧噪声诊断与优化*

对某搭载米勒循环增压汽油机SUV在低速高负荷区域出现的“哒哒”异响进行诊断分析及优化。噪声振动信号傅里叶变换、滤波及燃烧缸压频谱对比分析,确认异响为1～3.5kHz的燃烧噪声。通过对米勒循环结构分析,确认异响产生根本原因为小升程进气凸轮进气时间短、阻力大和增压器低速性能不足,在低速中高负荷节气门全开下,采用了过大的点火提前角,导致气缸压力急剧升高诱发高压力升高率,带来燃烧噪声。通过对异响工况点火提前角进行优化,最高压力升高率及1～3.5kHz缸压频谱成分优化明显,异响消除,且发动机性能变化不大。     

基于废气管理的汽油机缸内温度不均匀分布对自燃着火的影响

基于废气-负荷控制策略的汽油机HCCI燃烧,利用排气门管理内部残余废气率,控制发动机负荷,进气门升程和相位调节缸内状态,控制着火和优化燃烧相位。本文利用KIVA对全可变气门机构单缸机进行CFD仿真,研究缸内温度、残余废气分布特征,以及温度、废气不均匀分布对着火的影响。结果表明,采用废气-负荷控制策略,改变进气门相位和升程可以调节缸内温度和残余废气的不均匀分布。随着内部残余废气率增大,进气门对缸内温度和废气率分布不均匀度的调控能力增强。大废气率条件下,温度和废气率不均匀度对着火时刻调节作用较明显,可以实现10°曲轴转角的有效调节;小废气率条件下,由于缸内温度和废气不均匀分布差别较小,其对于着火时刻的调节作用表现得不明显。     

压缩比对缸内热化学燃料改质发动机的影响

本文基于一台四缸点燃式涡轮增压天然气发动机,在第四缸进行加浓燃烧并将其排气(重整气)直接引入进气总管,以实现缸内热化学燃料改质。在此基础上开展了11和13压缩比下的缸内热化学燃料改质过程和整机燃烧与排放特性的研究。研究发现,压缩比增加,第四缸循环变动降低,重整气中CH4含量减少而H2和CO含量增加,缸内热化学燃料改质过程得到优化。同时,提高压缩比会使有效燃气消耗率降低,缸内最高燃烧压力增加,滞燃期和燃烧持续期缩短,整机稳定性增强。然而压缩比的增加引起THC排放增加。高压缩比下CO排放在小负荷时较低,在大负荷时较高。而NOx排放在第四缸当量比较低时随压缩比增加而增加,但在第四缸当量比较高时随压缩比增加而降低。     

用单一循环LDA测量法研究四气门汽油机缸内滚流运动的湍流结构

本研究在一台四气门汽油机上对缸内滚流运动进行了LDA测量，通过改进测试系统提高了数据率，用低通滤波的单一循环分析法计算了湍流结构参数。结果发现，滚流的湍流结构具有尺度大、频率低的特点；滚流运动在压缩末期破碎时，湍流的自相关时间和积分时间尺度显著增加。     

四气门汽油机分层EGR的试验研究

针对可以产生较强滚流运动的1.6 L四气门产品汽油机,设计了一套独特的分层废气再循环(EGR)装置。通过废气导入管将废气引到进气阀处,利用缸内气体滚流运动,实现废气与新鲜可燃混合气分层。在发动机台架上通过试验详细地研究该分层EGR装置对汽油机性能和燃烧的影响。试验结果表明,采用该装置后,相比于传统的EGR方式,EGR 率有所增加,在大量降低NOx排放同时,经济性有所改善, CO和HC排放有所降低,燃烧效率提高,但点火时刻应适当提前。     

涡流控制阀对四气门汽油机缸内空气运动影响的研究

在一台单缸四气门汽油机上,用激光多普勒测速仪实验研究了涡流控制阀打开和关闭后,缸内平均速度、湍流强度和湍流结构的变化．结果表明：当涡流控制阀打开时,在压缩后期缸内流动主要是滚流的畸变和破碎过程,而当涡流控制阀关闭后,在压缩后期缸内流动主要是涡流运动．两种情况下的湍流强度和湍流结构也有较大差别．     

进气中CO2浓度对预混合燃烧和排放影响的试验和模拟研究

本文研究了进气中CO2浓度对燃烧和排放特性的影响.研究表明在所有的预混合燃料比下,当CO2浓度增加时,NOx排放随之大幅减少,烟度排放有小的变化。利用KIVA3V和湍流与化学反应交互的燃烧模型对柴油机预混合燃烧进行了模拟研究,对缸内OH浓度的模拟计算表明,随着CO2浓度的增加,着火前期OH生成浓度明显向后推移,这表明燃料的氧化速率随CO2浓度的增加变慢,从而延长了着火滞燃期。进气中CO2浓度变大时,燃烧温度降低,有利于降低NOx的排放。     

Influence of the in-cylinder flow on cycle-to-cycle variations in lean combustion DISI engines measured by high-speed scanning-PIV

In this study, the influence of the three-dimensional (3D) in-cylinder flow on engine's cycle-to-cycle variations (CCV) in a spray-guided direct-injection spark-ignition engine is investigated. The engine is operated at homogeneous lean air–fuel mixture which enhances the sensitivity to CCV due to reduced laminar flame speed. To compensate this, intake velocity is increased by a tumble-flap (TF) in the intake-port. To address the 3D-nature of the temporal evolution of the instantaneous in-cylinder flow for different TF-positions, time-resolved scanning particle image velocimetry (Scanning-PIV) is applied to the engine. The required scan-frequency is provided by an acousto-optical-deflector (AOD) to measure the flow field quasi-simultaneously in the central tumble-plane and both mid-valve-planes. The three planes are 18?mm displaced from each other to capture the variability of the large-scale tumble vortex. The in-cylinder flow measurements are combined with combustion analyses by the in-cylinder pressure-trace and the detection of the location of ignition through the evaluation of the luminous spark-plasma. A correlation-map analysis is conducted to identify coherent flow features responsible for CCV of the combustion parameters. This reveals a strong dependency of the spark position to variations of an upward directed flow pointing onto the spark plug. The variations of the upward flow are due to strong CCV of the bended tumble-axis position. An increased tumble motion caused by the TF results in favorable flow conditions by stabilizing the tumble-axis in the middle of the cylinder which decreases the CCV of the spark position significantly. Further correlation analysis including the combustion process exhibits that flow-structures moving the spark and early flame kernel towards the cylinder center reduces the crank angle of 5% heat release and the combustion duration considerably.     

进气加入CO2对直喷式柴油机燃烧的影响

在直喷式柴油机上研究了进气加入CO2气体对其燃烧特性以及发动机性能和排放品质的影响.研究结果表明,进气加入CO2,柴油机的混合气形成过程几乎不受CO2气体加入量的影响,主要反映在着火延迟期随着CO2加入量的增加而变长,燃烧持续期缩短,燃烧最高温度降低.同时导致柴油机的最大爆发压力和压力升高率降低,并且其出现的位置后移,充气效率下降,排气温度上升.加入CO2后,NOx排放有较大下降,HC、CO稍有增加,烟度受到的影响不大.     

Simulation of spray development and turbulent combustion processes in low and high speed diesel engines by the CMC-ISR model

Simulation is performed to analyse the characteristics of turbulent spray combustion in conventional low and high speed diesel engine conditions. Turbulence–chemistry interaction is resolved by the Conditional Moment Closure (CMC) model in the spatially integrated form of an Incompletely Stirred Reactor (ISR). After validation against measured pressure traces, characteristic length and time scales and dimensionless numbers are estimated at the locations of sequentially injected fuel groups. Conditional flame structures are calculated for sequentially evaporated fuel groups to consider different available periods for ignition chemistry. Injection overlaps the combustion period in the high rpm engine, while most combustion occurs after injection and evaporation are complete in the low rpm engine. Ignition occurs in rich premixture with the initial peak temperature at the equivalence ratio around 2–4 as observed in Dec [2]. It corresponds to the most reactive mixture fraction of the minimum ignition delay for the given mixture states. Combustion proceeds to lean and rich sides in the mixture fraction space as a diffusion process by turbulence. The mean scalar dissipation rates (SDRs) are lower than the extinction limit to show stability of diffusion flames throughout the combustion period.