大功率甲醇发动机爆震的仿真分析与研究

为了研究大功率甲醇发动机的爆震特性,文章采用GT-power软件建立甲醇发动机的仿真模型,通过台架试验数据对仿真模型进行标定并调试爆震模型,对发动机在低、中、高转速全负荷工况下的性能和爆震特性进行仿真分析。结果表明：随着压缩比或点火提前角的增大,发动机产生爆震的趋势明显增大、爆震强度增大、爆震开始时刻提前,其中点火提前角增大引起的爆震使发动机整体性能提高;轻微爆震时,发动机整体性能提高;严重爆震时,峰值缸压急剧升高,发动机整体性能恶化;不同转速下,爆震对发动机性能的影响程度不同,其中,在中转速工况下,严重爆震对发动机动力性及燃油经济性的影响较小。     

压力自适应活塞在船用发动机上的试验与仿真研究

为兼顾发动机低负荷热效率和高负荷爆震倾向,研制了一种适用于高压缩比的压力自适应活塞。采用试验研究方法在发动机台架上测试了压力自适应活塞对发动机性能的影响,在此基础上采用数值模拟的方法建立了发动机工作过程数值计算模型和爆震模型,研究了活塞头部位移和活塞对缸内压力、燃烧循环波动、燃油消耗率的影响及活塞的爆震抑制性能。台架试验和仿真研究结果表明：通过提高压缩比,在负荷较低时,活塞头部无位移或位移较小,缸内压力相较原机有所提升,燃油消耗率相较原机有所降低,如25%负荷工况下的燃油消耗率相较原机降低了6.67 g/（kW·h）;在负荷较高时,活塞头部位移较大,降低了过高的缸内压力和压力升高率,爆震得到有效抑制,峰值压力循环波动系数的最大降幅为1.11%,100%负荷工况下的爆震诱导时间积分相较原机降低了0.19。     

基于AVL-BOOST的天然气发动机性能优化仿真

采用AVL-BOOST软件建立了天然气发动机的数学模型,验证了模型的有效性,通过变参数研究,分析了压缩比、点火提前角对发动机动力性和经济性的影响。研究结果表明,随着压缩比的增大,发动机的有效功率和最高爆发压力均呈上升趋势,压缩比在10～13的范围内,最高压力升高率始终在爆震警戒线以下,在点火提前角为27°～36°CA范围内,发动机的有效功率随着点火提前角的增大而增加,同时发动机的燃油经济性得到改善。     

基于AVL-BOOST的天然气发动机性能优化仿真

采用AVL-BOOST软件建立了天然气发动机的数学模型,验证了模型的有效性,通过变参数研究,分析了压缩比、点火提前角对发动机动力性和经济性的影响。研究结果表明,随着压缩比的增大,发动机的有效功率和最高爆发压力均呈上升趋势,压缩比在10～13的范围内,最高压力升高率始终在爆震警戒线以下,在点火提前角为27°～36°CA范围内,发动机的有效功率随着点火提前角的增大而增加,同时发动机的燃油经济性得到改善。     

高压缩比下扫气式预燃室湍流射流点火对废气再循环稀释汽油机性能影响研究北大核心CSCD

基于一台可调压缩比(compression ratio,CR)的单缸发动机和自主设计的湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)系统,开展高压缩比下扫气式预燃室湍流射流点火对废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)稀释汽油机性能影响的研究。研究发现在高EGR率时,扫气式TJI的点火方式燃烧稳定性最高,可以在EGR率超过30%时实现稳定燃烧。提升压缩比对提升TJI在高EGR率下的燃烧稳定性有积极作用,然而对提升高EGR率下火花塞点火(spark ignition,SI)的稳定性作用不大。对于TJI,在低EGR率时提升压缩比会造成发动机强烈爆震,过于推迟点火造成燃烧定容度下降,燃油消耗率上升。在高EGR率时,发动机爆震受到抑制,可以提前点火优化燃烧相位,降低燃油消耗率,在压缩比15时最低燃油消耗率相比压缩比11时降低2.2%。高EGR率时,提升压缩比有利于提升燃烧速率,降低滞燃期和燃烧持续期,提升发动机燃烧稳定性。在EGR率为30%而压缩比为15时,逐渐提前点火时刻会加大末端混合气自燃倾向,放热率出现两阶段高峰。     

基于高压直喷航空煤油点燃式发动机燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点然式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP-3)为基础燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、4冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了单双点火、不同负荷、压缩比、喷射压力、喷射时刻和两次喷射策略下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在原机压缩比为10的条件下,将直喷汽油改为直喷航空煤油后,由于航空煤油的抗爆性差、雾化困难、燃烧速率慢等理化特性,发动机的动力性损失约50.0%,油耗增加约60.0%,循环波动也大幅增加;相比于单点火,双点火可使缸内平均有效压力提高,燃烧相位提前,循环波动降低;为了抑制高压缩比下的爆震倾向,可通过降低压缩比来拓宽负荷范围,恢复原机功率。随着压缩比的降低,有效平均压力(BMEP)持续增大,当压缩比为6时,最大转矩可达39.5N·m,功率恢复至原机的88.0%。同时耦合高压及两次喷射策略,随着喷射压力的增大,有效燃油消耗率(BSFC)减小约30.0%,经济性有所提高。相比于单次喷射,采用两次喷射策略可降低油耗,提升缸内有效平均压力,提升燃烧效率,最终可实现发动机燃用航空煤油的性能接近原机水平,最大负荷达原机的90.0%且油耗增加量不超过15.0%。     

不同压缩比米勒循环和低压废气再循环对增压直喷汽油机性能影响

通过对一台增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机活塞和凸轮型线的重新设计实现了高压缩比米勒循环,并在此基础上引入了废气再循环(EGR),研究了不同压缩比米勒循环和EGR综合作用对发动机的性能影响。结果表明:增大压缩比和采用米勒循环技术对爆震影响存在取舍(trade-off)关系,低速全负荷下高压缩比米勒循环相比原机油耗略有上升;而低压冷EGR技术由于缸内稀释冷却作用可以优化燃烧相位,对外特性工况有效燃油消耗率有明显的改善作用;在部分负荷工况下,压缩比的增加和米勒燃烧循环可使油耗较原机下降6.3%,在整合低压冷EGR技术后,油耗进一步下降3.1%。可以得出结论,合理地增加压缩比,采用米勒循环技术并匹配低压冷EGR技术,可以大幅改善发动机的燃油经济性。     

活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制研究

本文基于一台压缩比可变的单缸热力学发动机,使用自主开发的空气辅助喷射系统,在全负荷条件下,开展了活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制的试验研究。探究了采用双点火、降低压缩比以及使用CO2辅助喷射对航空煤油发动机的性能及爆震抑制的影响研究。结果表明,采用双点火可以有效提高航空煤油火焰传播速率,提高燃烧相位,降低循环波动,并且有抑制爆震的作用;通过降低压缩比有效实现了爆震抑制,解决在较高压缩比下航空煤油发动机只能运行在小负荷区间的难题,压缩比降至6,发动机实现全负荷运行,动力性、经济性较好,且不易发生爆震;采用CO2辅助航空煤油喷射时,随着CO2脉宽的增加,同一点火时刻下,发动机的动力性经济性下降,但由于CO2的抑制爆震的作用,MBT点火时刻最大可提前至14 °CA BTDC,使得燃烧相位提前,发动机燃烧效率提高。     

不同过量空气系数下射流点火发动机燃烧、排放和爆震特性的试验研究

基于单缸试验机研究了过量空气系数对射流点火发动机性能的影响。通过分析发动机性能曲线、缸内燃烧情况及爆震特性探究射流点火最佳运行区间,并与火花点火燃烧方式进行对比。结果表明,射流点火可以有效提升瞬时放热率并拓展发动机稀燃极限,缩短缸内混合气滞燃期与燃烧持续期,同时燃油经济性有一定提升。在稀燃条件下氮氧化物排放极低。爆震方面,随着点火提前角增大,射流火焰的多点点火效应会在缸内产生明显压力震荡,继续增大点火提前角会诱导末端混合气自燃。因此射流点火爆震缸压表现为两阶段压力震荡,爆震因子集中性高。提升过量空气系数可以降低射流点火爆震因子幅值,使发动机工作在轻微爆震或无爆震状态。     

增压直喷汽油机进气歧管喷水技术试验研究

针对1台增压直喷汽油机在低速全负荷工况进行了台架试验,并利用自行搭建的供水系统向发动机进气歧管内喷入一定压力的水量,通过降低缸内燃烧温度抑制爆震强度,最终探究了进气歧管喷水技术对改善燃油经济性和排放的潜力。结果表明:进气歧管喷水的最佳喷水时刻位于进气门打开前后一小段区间内,此时喷水使得同一爆震强度的点火角提前、燃烧相位改善、燃烧持续期延长、排温降低、有效燃油消耗率减小、颗粒物数量(PN)与NOx的排放降低,并且在20%～80%喷水比例范围内,喷水量越大上述影响越显著。