用火花塞光纤传感器对爆震燃烧的试验研究

本文应用自行研制的火花塞光纤传感测量系统对 ＢＪ４９２Ｑ汽油机爆震燃烧进行测量和研究,同时用压力传感器、振动传感器进行对比,分析了爆震燃烧时火焰光辐射的变化情况。正常燃烧时,ＣＨ（４３１．５ｎｍ）、Ｃ２（５１６．５ｎｍ）、Ｈ２Ｏ＊（５８８ｎｍ自由基的光强曲线出现双峰值,着火延迟期内为自由基光辐射。爆震较强工况,只出现一个光强峰值,主要是碳粒子热辐射,峰值处出现剧烈波动,相位提前,无自由基的光辐射。压力曲线与光强曲线有很好的一致性。试验表明,火花塞光纤传感器抗干扰好,成本低,工作可靠,信号强,完全可用于爆震测量。     

一种评价循环波动的新方法

在EQ491i多点电喷汽油机上安装了与火花塞集成一体的光纤燃烧传感器以及气缸压力传感器，测取了气缸压力以及C2(517nm)和CH(431nm)自由基的光辐射强度等数据，提出了用自由基光辐射强度峰值来评价循环波动的新方法，并与采用最高燃烧压力评价的方法进行了对比。试验结果表明，光强变化曲线反映出燃烧过程进行的好坏，这种评价循环波动的方法是可行的。     

用火花塞光纤传感器对火花点火式发动机燃烧进行研究

使用火花塞光纤传感器对ＢＪ４９２Ｑ汽油机燃烧进行研究,同时应用压力传感器进行对比测试,发现在正常燃烧时,测得的光强和气缸压力工轴转角和峰值都有良好的相关性,所测光信号曲线能够更准确地反映燃烧时间参数,爆震燃烧时,火花塞光纤传感器探测的光强急剧增大和高频波动可表明爆震发生和爆震强度,所研制的火花塞光纤传感器具有可行性。     

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。     

内燃机爆燃现象的分析

主要论述汽油机中燃料燃烧时中间产物ＯＨ（３０６．４ｎｍ）、ＣＨ（４３１．５ｎｍ）、Ｃ２（５１６．５ｎｍ）自由基的吸光度在正常燃烧和爆燃时的不同变化,在燃烧室中心区和终燃区的差别,并分析了发生爆燃时柴油机及快速压缩机型中的压力－时间变化关系,这有助于进一步弄清爆燃的机理。     

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。     

对置活塞二冲程汽油机多点点火燃烧特性研究

由于取消了气缸盖,对置活塞二冲程(OP2S)汽油机的火花塞只能布置于气缸侧壁。因此在单火花塞点火时,缸内火焰传播不对称,导致OP2S汽油机具有较明显的爆震倾向。为了有效地抑制爆震的发生,利用三维CFD软件对OP2S直喷汽油机在不同火花塞数目下缸内的燃烧过程进行了数值仿真,并结合试验研究了火花塞数目对混合气燃烧特性的影响,分析了不同火花塞数目对缸内燃烧压力、燃烧持续期及燃烧放热率的影响规律。研究结果表明,增加火花塞数量可以有效改善缸内的燃烧情况,而对侧布置双火花塞的布置形式为最佳方案。     

进气组分耦合喷油定时对柴油机工作过程的影响机理

通过一台共轨柴油机,基于正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化动力学机理耦合三维CFD数值模型,模拟不同进气组分(O_2、H_2和CO_2)耦合喷油时刻对发动机工作过程的影响机理.研究表明:不同进气组分下,随喷油时刻提前,缸内活性自由基(OH、O)质量分数及其分布区域增大,NO生成量增多.但随喷油时刻过度提前,燃烧始点反而推迟,燃烧放热速率、缸内燃烧压力与温度峰值降低,NO也相应减少;相比其他进气组分,进气掺O_2时缸内O自由基质量分数增大,碳烟(Soot)降低且喷油时刻对其影响较小;进气掺H_2时,缸内燃烧压力和温度峰值最高,OH自由基质量分数及分布区域最大,Soot随喷油定时提前大幅降低;进气掺CO_2时,缸内燃烧压力与温度峰值最低,OH和O活性自由基最少,当喷油时刻提前超过24°CA BTDC时,燃油逐渐喷射到压缩余隙容积形成局部过浓区,C_2H_2和多环芳香烃芘(A_4)生成量增多,Soot排放随喷油定时进一步提前明显升高.     

火花点火发动机燃烧过程的实时检测与控制技术概述

随着环保要求的日益严格，车用发动机燃烧过程的实时检测和控制必将成为未来发展的主要目标。文章概述了火花塞离子电流法和火花塞光纤传感器在火花点火发动机燃烧过程的实时检测与控制技术中的应用。     

不同燃烧方式下甲烷与空气火焰光谱特性研究

为研究不同燃烧方式下甲烷燃烧火焰光谱特性,利用高速光纤光谱仪分别对预混和扩散燃烧方式下甲烷与空气燃烧火焰光谱进行采集,对比分析了不同燃烧工况中火焰辐射光谱特点,结果表明:在可见光波长范围内,扩散燃烧方式下的光谱强度明显高于预混燃烧;随着空气流量增加, C_2~*辐射强度呈先增加后下降的趋势,其余三种自由基辐射强度均呈小幅增加趋势,且扩散燃烧火焰中C_2~*辐射强度峰值明显高于预混燃烧;随着甲烷流量增加,在两种燃烧方式下各自由基辐射强度均呈减少趋势;根据C_2~*、OH~*辐射强度大小与可见光波长范围内连续光谱强度可以判断火焰燃烧方式。     

多火花塞点火实现快速燃烧的试验研究

使用快速压缩-膨胀机改装的多火花塞点火试验台架,研究了火花塞数目对指示功大小、最高燃烧压力和最大压升率、燃料放热速率及爆震特性的影响。得到结果如下:液压源压力及混合气浓度相同,点火相位从上止点前5~35mm逐渐增大时,指示功先增大后减少,即存在最佳点火相位;随着火花数目的增加,最佳点火时刻后移;多火花塞点火的放热速率、最高燃烧压力和压升率、指示功均比单火花塞点火有明显提升,提升幅度和火花塞数目并不成线性关系;在混合气稀薄时,多火花塞点火对燃烧速率及指示功的提升作用更加明显;随着液压源压力的增大,相同点火相位时,多火花塞比单火花塞点火爆震倾向更加严重。     

采用离子电流分析法实现发动机爆震信号的正确检测

本描述了了种直接利用火花塞电极作为传感器检测发动机爆震的方法。作在章中详细分析及讨论了离子电流的产生机理及影响其测量的因素，并利用这一方法在发动机做了大量的试验研究，获得了宝贵的第一手资料。为了获得正确的信号检测，作在火花塞电极上加一定的直汉电压、使其能灵敏的感受燃气密度的变化。     

不同燃烧模式的爆震特性及爆震强度评价方法

基于一台配备了全可变气门机构的单缸四冲程发动机开展了不同燃烧模式的燃烧和压力震荡特性研究,包括均质充量压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)、汽油压燃(gasoline compression ignition,GCI)、湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)和火花点火(spark ignition,SI)。研究结果表明:不同燃烧模式具有不同的统计学特征,其中HCCI、GCI和TJI的爆震强度分布较为集中,不易出现偶发的高爆震强度的燃烧循环;SI爆震的分布较为离散,通常具有较高的最大值和99%分位数,高爆震强度燃烧循环的偶发性较强;而低速早燃工况则是具有极高的爆震强度最大值和很低的99%分位数。此外,对于爆震工况的评价方面,对传统的算数平均值法和爆震循环占有率法进行了改进,提出了加权平均值法和破坏性循环均值法两种改进的爆震评价方法。二者在HCCI、GCI、TJI和SI爆震判定的准确性和适应性上相比改进前有了很大的提升;但对于低速早燃工况,破坏性循环均值法无法准确识别出其破坏性,加权平均值法具有非常好的准确性。     

一种可变湍流参数的定容燃烧弹试验装置

设计了一种可变湍流参数定容燃烧弹试验装置,用于预混湍流燃烧的基础研究。该试验装置利用带有通孔的板在容弹内的快速平动来产生可控的湍流,它能方便地改变容弹内充量的湍流参数（包括湍流强度和湍流标尺）、热力参数（包括燃空比、残余废气系数和压力）以及点火参数（火花塞位置、电极间隙与点火能量）。介绍了该试验装置的定容燃烧弹、湍流发生系统、混合气配制系统、点火系统、燃烧压力测量系统、纹影与高速摄影系统以及时序控制系统等子系统的设计原理、结果及其特点。     

汽油压燃发动机的爆震特性试验

汽油压燃(GCI)发动机由于具有高热效率和低污染物排放的特性而受到广泛的研究,但在发动机中、高负荷下,GCI发动机往往存在较高的压力升高率和压力震荡.采用统计研究、燃烧分析和小波变换等方法针对GCI压力震荡现象进行了系统的分析,并与点燃式(SI)发动机压力震荡的特征和产生原因进行了对比.结果表明:GCI燃烧产生的压力震...     

缸内直喷(GDI)汽油机燃油喷雾和分层燃烧的数值研究

应用修正的多维流体力学计算程序KIVA-3V对缸内直喷(GDI)汽油机燃油喷雾和混合气分层燃烧过程进行了数值模拟。修正的子模型包括改进的燃油薄膜雾化模型、油滴破碎模型、油滴分布模型、初始缸内气体滚流模型、油滴蒸发模型以及燃烧模型。针对一种典型的三菱缸内直喷汽油机燃烧室结构在部分负荷工况下的燃油喷雾和分层燃烧进行了数值模拟。分析了不同的喷油器位置,缸内逆向滚流强度以及喷油时刻对火花塞附近混合气浓度的影响。计算结果表明,这些参数对燃油分层模式,点火过程以及燃烧特性都有显著影响,不适合的参数将导致火花塞间隙附近燃油空气混合气过稀或过浓从而使燃烧恶化。对缸内直喷汽油机部分负荷工况而言,燃烧室构形、缸内气体流动组织以及喷油时刻的优化设计对实现成功的分层燃烧起着重要作用。     

点火方式对汽油机燃烧过程的影响

通过基本结构的微小变动,将单火花塞点火(single spark ignition,SSI)改造成双火花塞点火(dual spark ignition,DSI),运用三维仿真软件AVL FIRE模拟仿真,并通过试验验证。再对单火花塞点火、双火花塞同步点火(dual synchronous spark ignition,DSSI)、异步点火(dual asynchronous spark ignition,DASI)3种不同的点火方式进行对比。结果表明:在6500 r/min转速全负荷状态下,空气过量系数为1.00而其他参数调整为最佳时,单火花塞的最佳点火提前角为29°,在空气过量系数为1.15的最佳参数下,双火花塞同步点火的最佳点火提前角为22°,双火花塞异步点火的最佳点火提前角为22°和24°。其中,发动机综合性能在双火花塞异步点火条件下表现最好:相对于单火花塞点火指示功提升8.49%;相对于同步点火,可将最高燃烧压力和压缩负功减小,指示功提升3.60%;同时改善了排放性。上述研究中发动机均控制在未发生爆震情况下。