液态LPG直喷发动机混合气形成的数值解析

首先数值解析了缸内电控直喷汽油机的混合气形成过程,并且与光学纹影实验结果比较,验证了解析方法的可行性.在此基础上,分别考察了电控LPG直喷发动机曲面活塞顶燃烧室和凹坑型活塞顶燃烧室在部分负荷工况下混合气的形成过程.结果表明:在部分负荷下、压缩行程后期喷射时,由于缸内滚流的作用,两种不同形状活塞顶的燃烧室在接近压缩终了时,缸内混合气都能呈明显分层构造,即在火花塞附近聚集了较浓的混合气,而离火花塞较远处则是较稀的混合气,整个燃烧室的空燃比达到40:1.     

二冲程直喷汽油机混合气形成的数值解析研究

二冲程汽油机具有升功率高、做功密度大、运转平稳、结构简单等优点。文章依据四冲程缸内直喷汽油机结构特点,提出了区别于传统的曲轴箱扫气形式的、具有弯曲活塞顶的壁面引导式二冲程直喷汽油机的分层稀薄燃烧系统,利用纹影实验验证了数值解析计算方法的可行性,使用AVL Fire软件数值模拟了壁面引导式二冲程直喷汽油机在不同负荷工况(4800 r/min)时缸内混合气形成的过程。结果表明:在部分负荷工况时,燃油在压缩过程中后期喷射,接近点火时刻(25°CA BTDC)火花塞电极附近形成了理想的可燃分层混合气构造,燃烧室的整体空燃比可达到40:1;在大负荷工况时,燃油在扫气后期喷射,接近活塞压缩终了气缸内可形成均质可燃混合气,且不造成燃油短路。     

液态LPG中心喷射发动机混合气形成的研究

当液态LPG以5MPa高压直接喷入气缸时,将发生剧烈地闪急沸腾现象,这对于改善壁面引导式燃烧系统的缸内直喷发动机的燃料附壁现象、降低HC排放具有非常积极的作用。在验证了采用的计算方法可行性的基础上,就提出的中心喷射的壁面引导式燃烧室结构,数值解析了电控LPG缸内直喷发动机在不同负荷工况时混合气的形成过程。结果表明:部分负荷时采用压缩过程中后期喷射,15°BTDC时缸内可形成理想的分层构造;大负荷时采用进气中期130°ATDC喷射,在压缩冲程末期可形成均质功率混合气。     

分层充气天然气发动机混合气形成的数值解析

解析了渐缩形纵向直进气道发动机的进气过程 ,与实验结果对比验证了计算方法的可行性 .对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷天然气发动机混合气形成过程进行了解析 ,得到天然气 空气混合气在气缸内的速度场、空燃比分布等 ,探明了缸内纵向滚流的存在 .表明在纵向进气滚流作用下 ,压缩接近终了时 ,缸内混合气呈明显分层构造 ,在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气 ,实现部分负荷工况下的稀薄燃烧 .     

MPI天然气发动机混合气形成过程的数值模拟

采用数值模拟方法,对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷(MPI)方式天然气发动机中混合气的形成过程进行解析,得到了天然气-空气混合气在气缸内的速度场、浓度场等.结果表明在纵向进气滚流作用下,压缩终了时,缸内混合气明显呈分层构造,在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气,实现部分负荷工况下的稀薄燃烧.     

液化石油气直喷发动机混合气形成的解析

利用LPG易蒸发汽化的燃料特性,提出一种使用喷嘴中心布置的屋脊型燃烧室和平顶活塞的LPG直喷发动机均质混合气形成方法.为了验证该方法的可行性,使用CFD工具研究采用该方法时缸内混合气的形成过程,分析燃料喷射起始时刻和负荷对混合气形成过程的影响.结果表明：大负荷时形成的进气滚流和小负荷形成的进气斜涡流在压缩过程末期破碎成小尺度湍流,加速了缸内均质混合气的形成;即使负荷不同,采用进气过程前期（60～80°CA ATDC）喷射,均可在压缩过程接近终了时形成较均匀的可燃混合气.     

MPI天然气发动机混合气形成过程的数值模拟

采用数值模拟方法，对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷(MPl)方式天然气发动机中混合气的形成过程进行解析，得到了天然气一空气混合气在气缸内的速度场、浓度场等。结果表明在纵向进气滚流作用下，压缩终了时，缸内混合气明显呈分层构造，在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气，实现部分负荷工况下的稀薄燃烧。     

分层充气天然气发动机混合气形成的数值解析

解析了渐缩形纵向直进气道发动机的进气过程，与实验结果对比验证了计算方法的可行性．对渐缩形直进气道屋脊形燃烧室多点电喷天然气发动机混合气形成过程进行了解析，得到天然气．空气混合气在气缸内的速度场、空燃比分布等，探明了缸内纵向滚流的存在．表明在纵向进气滚流作用下，压缩接近终了时，缸内混合气呈明显分层构造，在火花塞附近聚集较浓的可燃混合气，实现部分负荷工况下的稀薄燃烧．     

二冲程CNG直喷发动机混合气形成过程数值解析

二冲程发动机具有结构简单、体积小、升功率高、便于维修等特点而应用广泛,良好的混合气质量可显著提升发动机的动力性、经济性及排放特性。文章采用壁面引导式二冲程压缩天然气CNG直喷发动机作为增程式电动车动力源,利用Solidworks建立二冲程CNG直喷发动机三维实体模型,通过光学纹影实验验证了数学模型的正确性,并采用CFD软件FIRE数值解析了不同工况下不同CNG喷射时刻发动机缸内混合气的形成过程,确定最佳燃料喷射时刻,改善缸内CNG-空气混合气质量。结果表明:增程模式下的部分负荷工况(4 800 r/min、60%负荷),CNG喷射时刻为60°～70°CA BTDC时,在火花塞点火时刻(25°CA BTDC)可形成良好的分层混合气,燃烧室内整体空燃比能达到40∶1;冷启动—暖机工况(1 800 r/min、20%负荷)和大负荷工况(4 800 r/min、100%负荷)运转时,在活塞上行排气道关闭前喷射CNG,优化喷射时刻能形成理想的均质理论混合气,且不造成燃料短路。     

缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。     

柴油机燃烧过程模拟分析

为了解柴油机燃烧的微观情况,利用商用计算软件STAR-CD对增压中冷柴油机进行了燃烧模拟分析。在试验台架上调整供油提前角,针对烟度及NOx排放性能进行了试验,为模拟计算获取了温度、压力等初始条件。对试验工况进行了燃烧模拟,结果表明,喷油过程会形成喷注头部,在喷油后期喷注尾部又从喷注整体上脱落;未来得及燃烧的燃油撞壁后,其小部分向上运动逐渐进入余隙狭缝之中,大部分向下沿ω形壁面形成滚流运动;着火首先发生在油束外缘区域,并且随着燃烧的进行,高温区一直出现在燃油蒸汽的外层。     

Design of Synchronous Drive Mechanism of Opposed-Piston Hydraulic-Output Engine

In order to improve the thermal power conversion capacity of the internal combustion engine,combined with existing opposed-piston two-stroke engine(OP2S) and hydraulic free piston engine (HFPE),the integral structure for a new type of opposed-piston hydraulic-output (OPHO) engine has been designed,an operating principle has been introduced,the composition of its synchronous drive mechanism has been carefully analyzed,and a mathematical model has been built.In addition,the kinematics models of both the mechanism and the conventional crank-link mechanism have been established by utilizing MATLAB,and the movement rules of the pivotal moving components have been obtained.According to the simulation results,the piston movement of this new type of opposed-piston hydraulic-output engine reveals a prominent asymmetry compared to the conventional crank-link engine.Under a fixed engine revolving speed,the compression time of the opposedpiston hydraulic-output engine is shortened while the expanding time is lengthened,thus the gas turbulence intensity is strengthened around the top dead center (TDC) position.Meanwhile,the piston obtains a longer isometric process compared to conventional engines,which could be benefitial to enhance the combustion efficiency.     

液态LPG喷射发动机混合气分层构造的数值模拟

提出了电控液态LPG喷射发动机通过采用前端向内弯曲的进气道和向内呈渐缩形布置的隔板,同时配合使用凹面弯曲活塞顶的结构实现分层稀薄燃烧的方法。使用60％（摩尔比）丙烷和40％（摩尔比）正丁烷的混合气作为LPG燃料,在查找、计算、建立LPG混合气自0K至临界温度的13种物性参数的数据库后,利用Fortran语言编写了描述LPG的物化特性的自定义函数,导人到通用CFD软件Fire中,考虑到LPG的闪急沸腾现象,修改了Fire自带的蒸发模型。对发动机部分负荷下的分层混和气形成过程进行了数值模拟,通过缸内速度矢量图和燃料浓度场的分布,分析了缸内滚流和混合气分层构造的形成过程。     

汽油机起动过程的振动

为减小发动机起动工况的振动对汽车舒适性的影响(这对于应用频繁起动-停机控制策略的汽车来说尤其重要),在一台Jetta1.6L发动机上测试了发动机起动第一个循环的振动信号,研究了活塞初始位置、冷却液温度、拖动转速对起动过程振动的影响规律。结果表明,当发动机活塞初始位置处在进气门关闭之后接近上止点时,发动机起动振动较小。热机(85℃)起动振动相比冷机(20℃)起动振动略有降低。拖动转速对起动振动影响非常明显,即发动机快速起动时的振动相比原机低速起动的振动小很多。     

车用柴油机活塞顶导向槽的挤压涡流效应

通过理论计算及挤压涡流模拟装置的测试，获得压缩过程各种活塞顶导向槽的燃烧室内空气的挤压涡流．结果表明，导向槽提高了挤压涡流．     

喷油参数对电控柴油机性能影响的仿真研究

利用发动机仿真软件,对1台电控共轨式柴油机的燃烧过程进行数值仿真,研究了喷油压力、喷油提前角等喷油参数对燃烧生成的NOx(氮氧化物)和碳烟的影响.结果表明:喷油压力和喷油提前角影响燃油的雾化质量和油气混合质量,进而影响燃烧过程和排放物的生成.该仿真计算对优化柴油机喷油参数、改善燃烧过程和降低排放具有指导意义.     

缸内直接喷射LPG发动机混合气形成过程模拟

缸内直接喷射发动机具有良好的工作稳定性和负荷特性,可以在部分负荷下实现分层燃烧,大大提升了燃油经济性。其中,组织形成合适的缸内混合气分布是缸内直接喷射发动机稳定工作的关键。本文使用FIRE软件建立了液化石油气(LPG,Liquefied Petroleum Gas)的缸内直接喷射和混合气形成过程的数值模型,解析了液态LPG喷射以后缸内混合气的浓度场,以及LPG-空气在缸内的速度分布。     

活塞二阶运动过程及活塞刮擦力分析

使用数值方法进行了活塞二阶运动仿真分析．运用牛顿第二定律建立活塞,连杆及曲轴的3种运动状态模型．在各运动状态之间,运用拉格朗日方程建立活塞3种敲击模型．通过变量代换,将方程未知量变换成描述活塞二阶运动的活塞销横向加速度、活塞偏转角加速度和敲击力,由此算法编制FORTRAN90程序进行求解,得到活塞二阶运动过程中的横向位移、速度及活塞偏转角、角速度的变化,同时求解活塞处于不同的运动状态下对缸套的作用力,为进一步研究内燃机机体辐射噪声做好了准备。     

带有凹槽结构活塞裙部的正交试验

针对发动机活塞失效形式,结合活塞工作过程中所受应力的非均匀分布,以XL-2V型发动机为试验对象,将均匀排布的减阻耐磨型凹槽、凹坑结构优化变形为非均匀排布形式应用于活塞裙部.为了保证凹槽和通孔卸载活塞环槽集中应力作用的实现,同时使凹槽和通孔不影响活塞裙刚度以加大活塞裙底部变形,在发动机活塞裙部表面以环形形式逐行加工出变深度、变宽度、变间距的宏观凹槽及通孔形态,且槽深、槽宽、槽间距距离活塞顶部越近尺寸越大.运用正交试验方法制定了9种试验方案,选取3因素分别为孔槽分布类型、凹槽深度和凹槽宽度.搭建发动机冷试验台架,对9种凹槽形活塞和标准活塞进行对比试验,以磨损量和功率损耗率为试验结果指标.试验结果表明:凹槽形活塞磨损量平均减少35%、功率最大提高1%;凹槽形分布较其他2种分布类型减阻、耐磨效果更佳;较小的凹槽深宽设计更有助于保证活塞刚度、延长活塞寿命.