4VVAS可控自燃汽油机燃烧过程的试验研究

在一台配备进、排气门升程及定时同时可控的四变量气门执行机构（4-Variable Valve Actuating System,4VVAS）的进气道喷射汽油机上通过保留部分热废气的方法,实现了汽油机均质可控压燃（CAI）燃烧.通过试验考察了不同气门升程下的CAI燃烧过程,从而探讨气门参数对废气再压缩汽油机CAI燃烧的控制作用.研究表明,不同气门升程下的发动机运行负荷范围不同,适当减少有效压缩比可以减少爆震倾向,增加低转速下大负荷范围,而通过增加气门升程可以拓展高转速下CAI汽油机大负荷运行范围.发动机负荷大小主要依靠排气门参数来调节,而进气门参数能够控制进气回流和有效压缩比,从而对残余废气率及汽油机CAI燃烧过程具有对称性控制作用.     

火花点火对CAI燃烧过程的影响

CAI燃烧具有高效节能和低NOx的优点,但CAI燃烧也存在燃烧始点和放热率难以控制的难点。通过添加火花点火的方法,在缸内制造热点,产生有助于CAI燃烧的着火条件,从而达到了控制CAI燃烧始点的目的。试验表明,在添加火花点火后,着火滞燃期明显缩短,CAI着火及燃烧更稳定,并对经济性有一定改善。火化辅助点火也有利于CAI运行范围向更低负荷方向拓展。因此,火花点火可以作为控制CAI燃烧的一种辅助手段。     

外部EGR和内部残余废气对汽油HCCI燃烧的耦合控制

基于可变气门机构的内部废气重压缩策略为HCCI燃烧模式的实现提供了有效的手段,但是对HCCI燃烧过程的控制也受到r很多限制,缺乏灵活性.引入外部废气再循环,利用外部废气对HCCI燃烧过程中缸内充量温度和成分的影响,可以有效地控制缸内的温度条件和热力过程,进而使发动机的燃烧过程得到优化.在确定的工况下,通过优化发动机的燃烧过程,可以降低发动机的机械负荷,减少燃油消耗率,并使HC和Nox放得到改善.     

废气再循环对二甲基醚均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在一台单缸发动机上进行了废气再循环(EGR)对二甲基醚(DME)均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。结果表明，EGR比例小于20％对运行最大负荷工况范围影响不大；采用高比例EGR可以拓宽DME均质压燃运行工况范围，随着EGR率增大，HCCI运行的最大负荷工况增大，着火燃烧时刻推迟，燃烧放热率降低，缸内最大爆发压力降低，发动机热效率增大；EGR率小于75％，HC排放略有降低或相当，EGR率为75％时，HC排放显著增加；EGR率大于25％，随着EGR率增加，CO排放增大，小负荷工况尤其明显，在中高负荷工况，EGR率对CO排放影响较小。     

FAI缸内直喷二冲程汽油机低负荷燃烧特性的研究

初步试验研究了应用FAI喷射技术的缸内直喷二冲程汽油机低负荷工况下的燃烧特性。结果表明：FAI缸内直喷技术可以消除扫气短路造成的严重的HC排放和燃油浪费;对高残余废气率造成的低负荷燃烧不稳定现象,可通过采用进气旁通阀配合合适的喷油量和喷油相位控制来改善,此时发动机扭矩可通过喷油量和喷油相位控制而得到调节,但要将发动机扭矩控制到怠速工况,则需要更高的混合气浓度分层燃烧控制及燃烧系统的进一步改善。     

排气正时与增压对柴油HCCI燃烧影响的试验研究

ETCI(Exhaust Top dead center Injection Compression Ignition)燃烧利用负气门重叠产生的高温残余废气对高压喷入的燃油进行加热促进蒸发,实现了HCCI燃烧.基于ETCI的燃烧模式,研究了排气正时以及增压压力等参数对燃烧过程的影响.试验结果表明,排气正时对燃烧特性有较大的影响,利用排气正时控制残余废气率和IVC时刻缸内平均温度可间接实现燃烧相位的控制;在自然排气状态下,进气压力的升高增大了过量空气系数、可小幅度降低IVC时刻缸内残余废气与新鲜空气的混合气的平均温度,在一定范围内实现燃烧相位的控制.通过不同排气正时下合理的增压压力配合可实现燃烧相位的有效控制并降低排放.     

醇醚双燃料发动机均质压缩燃烧试验研究

以ZS195型直喷式柴油机为原型机,开展了进气道喷射醇醚混合燃料HCCI试验研究。试验研究结果表明,甲醇的添加能够抑制二甲醚(DME)低温反应,降低缸内最大爆发压力和燃烧温度,推后主燃烧反应时刻,解决二甲醚的过快和过早燃烧,可以有效调节HCCI着火时刻和扩展其运行工况。双燃料HCCI发动机的指示热效率最高可以达到49%左右,超过原柴油机10%。通过调节甲醇喷油量,可实现HCCI燃烧着火点可控以及扩展HCCI发动机运行负荷范围。     

火花点火发动机燃烧循环变动的理论研究

本文改进了一个火花点火发动机的准维计算模型，并对燃烧的循环变动进行了理论计算研究。这个模型包括点火时刻火花塞附近气流平均速度、湍流强度、气缸内残余废气系数以及缸内总的混合气质量等的循环变动的影响。将计算结果和试验结果进行了比较，证实了用这个模型可以较精确地预测燃烧的循环变动。另外，运用这个模型分别讨论了湍流强度、火焰中心位置在缸内的移动，以及残余废气系数的循环变动对不同燃烧阶段循环变动的影响程度，从而得出了一些有益的结论。     

高低压回路EGR对柴油机燃烧过程影响的试验研究

在一台重型电控高压共轨柴油机上布置了高压和低压回路废气再循环(EGR)系统,并以此为基础研究了高低压回路EGR联合运行时,EGR率和高低压EGR比例对发动机缸内燃烧过程的影响,以及低负荷工况下发动机排气温度在EGR作用下的提升效果,研究结果表明:提高EGR率或增大高压EGR所占比例,都会导致进入缸内的新鲜空气量减少,最高燃烧压力下降,滞燃期延长,燃烧持续期延长;随着EGR率的提高,发动机有效热效率降低,此时需要逐渐减少高压EGR比例;引入EGR可以提升发动机低负荷工况的排气温度,但相同EGR率下,高压EGR比例越大,则排气温度提升幅度也越大。     

外部EGR对HCCI汽油机拓展运行范围的影响

在Ricardo Hydra单缸四冲程发动机上,通过将外部废气再循环引入到使用全可变气门运动机构实现的基于内部废气重压缩策略的HCCI燃烧过程中,研究外部废气对HCCI燃烧的影响规律.在相同的气门参数下,外部废气可以推迟着火时刻,延长燃烧持续期,降低发动机的最大爆发压力和最大压力升高率.将外部废气再循环应用于原HCCI燃烧范围的上边界,可以有效避免限制发动机大负荷的爆震现象.结合气门参数的灵活调整,使用越多的外部废气可以得到越大的负荷,但是,当外部废气率增大到一定程度,出现失火的现象,限制负荷范围的进一步拓展.在不同的转速下,引入外部废气再循环的方法可以将基于内部废气重压缩策略HCCI发动机的负荷范围向大负荷方向平均拓展30%左右.     

汽油机均质压燃燃烧模型及其在CAI发动机模拟中的应用

通过分析4冲程HCCI／CAI燃烧特性，以大量的CAI燃烧示功图数据为基础，总结出一个适用于描述CAI燃烧速度的经验函数．将该函数应用于GT-Power模拟软件，并结合自行开发的凸轮型线自动生成模块，研究了进、排气门定时及升程等参数对CAI燃烧的影响，以及拓展CAI运行范围的途径．结果表明，排气门升程对平均指示压力(IMEP)的影响比进气门升程要大，较大的排气门升程有利于大负荷工况，在大进气门升程时，由于进气回流导致负荷减少．     

辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性和性能的影响

通过不同比例的正庚烷和异辛烷混合得到不同辛烷值的混合燃料，在一台单缸直喷式柴油机上研究燃料辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性、性能和排放特性的影响．研究结果表明，燃料辛烷值增加，着火始点推迟，燃烧反应速率降低，缸内爆发压力降低．燃料辛烷值增高，均质压燃向大负荷工况拓宽，燃料辛烷值较高时，存在极限转速，辛烷值增加，极限转速降低．对于每一工况，存在一个最佳经济性的燃料辛烷值，负荷增大，最佳辛烷值增高；随着燃料辛烷值增高，发动机NO、HC和CO排放增加，尤其是HC排放增加更为明显．对于均质压燃发动机，低负荷工况适合燃用低辛烷值燃料，高负荷工况适合燃用高辛烷值燃料。     

Explorations of the impacts on a hydrogen fuelled opposed rotary piston engine performance by ignition timing under part load conditions

High power density of opposed rotary piston (ORP) engines provides a possibility for the applications to hybrid vehicles. Under real driving conditions, internal combustion engines as the power sources of hybrid vehicles run under part load conditions in majorities of operation time. Hydrogen applications in internal combustion engines will promote zero-carbon travel, contributing to alleviating global warming. In this investigation, 3D numerical simulations were conducted to explore the performance of an ORP engine fuelled with hydrogen under part load and various ignition timing conditions. The results indicated that peak in-cylinder pressure and corresponding crank angle (CA) changed slightly within the early ignition range of ?20.85º CA~ ?14.23º CA; peak in-cylinder pressure was decreased significantly by late ignition. Heat release rates were more sensitive to late ignition than early ignition. Start of combustion, combustion phase, and combustion durations presented minor impacts by early ignition and engine loads. Ignition timing of ?20.85º CA~ ?11.06º CA showed limited impacts on indicated mean effective pressure and indicated power over individual intake manifold pressure. Indicated thermal efficiency was around 40% for the ignition timing of ?20.85º CA~ ?11.06º CA over the intake manifold pressure of 0.8 bar; indicated thermal efficiency drop caused by ignition timing of ?8.33º CA was higher than 7% compared with optimal conditions. Heat loss by cylinder walls in proportions of fuel energy was lower than 25%, 20%, 18% for the intake manifold pressure of 0.4 bar, 0.6 bar, 0.8 bar respectively. Energy loss by the exhaust was higher than 41% for all the scenarios, with the maximum value being approximately 57%. Nitrogen oxides (NO_x) emission factors were higher than 11 g (kW h)^?1, and they were increased significantly by early ignition.     

四冲程汽油机 CAI 燃烧放热率模型研究

通过大量试验数据分析，提出了适用于四冲程汽油机可控自燃（ControlledAutoIgnition，CAI）燃烧的放热率模型。研究发现汽油机CAI燃烧在低温时有少量放热，因此，放热率模型包括两个阶段——低温缓慢自燃阶段和高温迅速放热阶段，与一维发动机模拟软件GT-Power相耦合后在相同试验条件下着火时刻及平均指示压力PIMEP的计算结果与试验结果偏差较小。此模型可用于进行发动机预测、设计以及控制策略的研究。     

活性添加剂对高辛烷值燃料HCCI着火时刻与燃烧速率的影响

为研讨活性添加剂过氧化二叔丁基(DTBP)对高辛烷值燃料以HCCI燃烧模式运行时的放热率特征、着火时刻、燃烧持续期和排放特性的影响,在一台单缸发动机上,在辛烷值为90(RON90)(90％的异辛烷和10％的正庚烷)的混合燃料中加入不同比例(0～4％)的DTBP,考察5种燃料在1800r／min下不同负荷时的燃烧特性和排放特性．实验结果表明：RON90中没有添加剂时,只能在高温、高负荷下才能以HCCI燃烧模式运行;在其中加入少量的DTBP后,RON90实现HCCI燃烧的工况范围向低温低负荷下大幅度拓展．各种燃料的HCCI燃烧冷焰反应发生在850K左右,到950K结束,进入负温度系数区(NTC),在1125K左右突破NTC区而发生热着火．随DTBP含量增加,系统温度达到冷焰反应和热焰反应的化学时间尺度缩短,因此着火时刻提前,燃烧持续期缩短,特别是提高了低负荷下的燃烧速率．添加剂使各种当量比下未燃碳氢(UHC)和一氧化碳(CO)排放显著改善,NOx排放也保持在很低的水平．     

Combustion analysis of a spark ignition engine fueled with gaseous blends containing hydrogen

This paper presents the combustion characteristics of a naturally aspirated spark ignition engine, intended for installation in vehicles, fueled with different hydrogen and methane blends. The experimental tests were carried out in a wide range of speeds at equivalence ratios of 1, 0.8 and 0.7 and at full load. The ignition timing was maintained for each speed, independently of the equivalence ratio and blend used as fuel. Four methane-hydrogen blends were used. In-cylinder pressure, mass fraction burned, heat released and cycle-by-cycle variations were analyzed as representative indicators of the combustion quality. It was observed that hydrogen enrichment of the blend improve combustion for the ignition timing chosen. This improvement is more appreciable at low speeds, because at high speeds hydrogen effect is attenuated by the high turbulence. Also, hydrogen addition allowed the extension of the LOL, enabling the engine to run stable in points where methane could not be tested. The main inconvenience detected was the high NO_x emissions measured, especially at stoichiometric conditions, due mainly to the increment in the combustion temperature that hydrogen produces.     

气门正时对柴油燃料HCCI燃烧影响的初步实验研究

开发了变进排气正时控制机构,实现气门正时的调节,采用在进气上止点前进行柴油燃料的喷射,利用缸内残余高温废气余热加速燃油蒸发,实现了柴油燃料的HCCI燃烧,同时,研究了不同气门重叠期下HCCI燃烧的燃烧特性,不同负荷的工作稳定性和排放特性,结果表明,对于低温自燃性好的柴油燃料,排气门早关和进气门晚开引起的缸内温度升高比由此引起的残余废气增加对工质的稀释效果更大,使HCCI燃烧的着火始点提前,易引起大负荷工况HCCI燃烧的工作粗暴,但有利于小负荷工况HCCI燃烧的工作稳定性。     

不同喷射时刻缸内直喷天然气燃烧特性

利用快速压缩装置研究不同喷射沓刻缸内直喷天然气燃烧特性。结果表明，天然气直喷燃烧可实现快速燃烧，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可明显缩短燃烧期。与均匀混合气燃烧相比，碳氢的排放增加，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可达到均匀混合气燃烧时相同的排放量。在很宽的当量比范围内，NOx增加，而CO仍维持很低数值，且不受喷射时刻的影响，直喷天然气燃烧可实现较高的压力升高值，且其数值不受喷射时刻的影响，所达到的高燃烧效率也不受喷射时刻的影响。     

电喷LPG发动机快速燃烧过程的应用研究

介绍了应用于高速单燃料LPG电喷发动机的高能双火花塞快速燃烧系统的组成及其在发动机稳态运行工况的稀燃研究。开发了发动机多通道瞬态燃烧分析系统用于LPG快速燃烧过程的研究，快速燃烧系统的同步、异步点火通过ECU及其控制策略的控制实现。试验结果表明：LPG混合气的火焰传播速度得到提高，LPG的燃烧稀限由过量空气系数1．25—1．4拓展为1．4—1．5；结合燃烧室和火花塞位置的优化，火焰传播距离被缩短以实现LPG稀混合气的快速燃烧。