进气道对火花点火发动机性能影响的试验研究

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超声速燃烧冲压发动机进气道起动性能研究

超声速燃烧冲压发动机进气道起动性能研究
超声速燃烧冲压发动机进气道起动性能研究
采用等激波强度设计方法,并考虑变比热、激波与附面层干扰等因素的影响,对唇口平直和唇口带有斜楔的超燃冲压发动机二维混压式前体/进气道进行了初步设计,比较分析了几种方案进气道的设计点和非设计点性能,研究表明,在低飞行马赫数(Ma)下,唇口带有斜楔的前体/进气道起动性能和总压恢复优于唇口平直的,在高飞行Ma下,唇口平直的前体/进气道冲压比高、外罩阻力小,而唇口带有斜楔的前体/进气道总压恢复系数高,外罩阻力相对较大.针对超声速燃烧冲压发动机燃烧室和进气道间非定常干扰的问题,计算研究了飞行Ma=4,6下,燃烧室压力升高对进气道/隔离段流场和起动性能的影响,结果表明,在低飞行Ma条件下,燃烧引起的压力扰动容易往上游传播,甚至引起进气道不起动;随着飞行Ma的增大,隔离段的抗扰动能力是增强的;当进气道进入不起动后,进气道的捕获流量和总压恢复系数急剧下降,高飞行Ma时的捕获流量的下降幅度比低飞行Ma时大.
作者：宋文艳马晓锋刘伟雄贺伟 Song Wenyan Ma Xiaofeng Liu Weixiong He Wei 作者单位：西北工业大学动力与能源学院,西安710072 刊名：中国空间科学技术ISTIC PKU英文刊名：CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)：2006 26(6) 分类号：V4 关键词：进气道起动气动设计超音速冲压喷气发动机航天器研究。

火箭冲压发动机空气进气道性能的实验研究

火箭冲压发动机空气进气道性能的实验研究本文以火箭冲压发动机空气进气道性能为研究对象，旨在探究进气系统在负荷变化时的动态性能。

研究采用基于一维流体计算的非定常数值模拟，将系统在历程运行状态的进气系统性能与理想工况的性能进行比较并进行验证，并分析系统不同参数的影响，探讨了不同负荷条件下的进气系统性能变化情况。

摘要：本文分析了火箭冲压发动机空气进气道性能，采用基于一维流体计算的非定常数值模拟方法对进气系统在历程运行状态的性能进行模拟，进而探讨了不同负荷条件下的进气系统性能变化情况，为火箭冲压发动机优化空气进气道性能提供了参考意义。

关键词：火箭冲压发动机、空气进气道、非定常数值模拟、性能变化基于一维流体计算的非定常数值模拟方法可以为火箭冲压发动机优化空气进气道性能提供重要参考。

通过数值模拟，可以准确地获得火箭冲压发动机空气进气道的性能特点，从而进行故障诊断和系统参数的优化设计。

此外，该模型还可以提供实时的运行参数及其数据，快速反映运行状况，避免因系统持续运行而导致的损害或系统损坏，从而提高运行安全性和可靠性。

此外，通过数值模拟，可以进一步研究火箭冲压发动机空气进气道的设计工艺参数，优化内部结构，以及影响性能的其他参数，以达到最大效率并优化流量选择，同时有效提升运动性能。

通过数值模拟，可以深入研究火箭冲压发动机空气进气道的参数，探究进气系统在不同负荷条件下的动态性能，快速实现参数的优化设计，同时有效消除噪声并保护环境，从而更好地满足火箭冲压发动机的多种性能需求。

为了更好地利用以上技术，采用详细的计算流程可以更好地优化火箭冲压发动机空气进气道性能。

首先，需要确定进气系统的基本参数，如尺寸、结构，以及系统内部体积等。

然后，可以建立一维流体模型来进行计算，对系统运行状态的进气系统性能及理想工况的性能进行计算并比较，充分检验和证实其正确性。

此外，通过研究不同参数的影响，有助于深入了解系统的功能，提高优化精度。

此外，通过数值模拟，我们可以快速反映系统性能，及时发现存在的问题，从而有效地避免由于运行不当产生的系统损坏，减少维护和保养成本。

进气道预混天然气对生物柴油发动机燃烧与排放性能的影响

气预混比分别在〇 %，3 0 % ，50%时的缸内压力、放热率和缸内燃烧温度比较。
由图 2a 可知，在低负荷下，随着预混天然气量的增加，缸内最大燃烧压力和放热率峰值减小，燃烧柔和，滞燃期差别很小。由于 CH4 的化学性质稳定，随着预混天然气量的增加，生物柴油的量减少，滞燃期内形成的活化基团的量随之减少[7]。故天然
为了优化生物柴油发动机的燃烧排放性能，本研究在 1 台增加了天然气进气预混系统单缸柴油机上对比研究了传统生物柴油燃料发动机与天然气部分预混下的生物柴油发动机燃烧和排放性能，其中天然气采用进气道预混、生物柴油采用缸内直喷的燃料供给模式。重点研究了天然气预混率对发动机燃烧和排放性能的影响，为实现生物柴油压燃式发动机高效清洁燃烧积累经验。
况下进行。天然气消耗量转化为当量生物柴油消耗
率的公式为
be_c
zQ 2 X H L { X 1 000
(2)
^ L_bio X P
式中：&_CNC为天然气转换的当量有效燃油消耗率;
r 为天然气标准流量转换因子；Q2 为天然气体积流
量；
为标准状态下天然气的低热值；为
图4
2 000r
60( 20(
裝思鍪
高，有利于燃料的氧化和燃烧。
图 7 示出C O 排放量随预混天然气量的变化，
天然气预混率对当量燃油消耗率的影响
HCNG ■t 生體由

缸内直喷CNG发动机喷射方式对火焰传播特性及性能的影响

缸内直喷CNG发动机喷射方式对火焰传播特性及性能的影响林学东;黄丫;袁方恩【期刊名称】《内燃机学报》【年(卷),期】2012(030)005【摘要】火焰传播是点燃式发动机的主要燃烧方式，为了有效控制缸内直喷CNG 发动机更稳定的稀薄燃烧过程，以实现高效率低排放，利用试验用单缸光学发动机，采用双喷射器缸内直喷CNG方式，在双火花塞点火的条件下，分析研究了不同喷射方式对火焰形成及传播特性以及发动机性能的影响．结果表明，双点点火时，缸内气流对首先形成的火焰具有“牵引”作用，而两个火焰由于形成时刻不同传播方式就有区别，且两个火焰之间具有“挤压或推动”作用，由此影响整体火焰传播速度；缸内火花塞附近混合气浓度越浓或不均匀性越大，循环波动越小，燃烧更稳定，但随混合气浓度分布不均匀性的增加，NOx排放也增加，表明基于混合气浓度不均匀性分布特性的燃烧过程中，NOx的生成机理不仅与高温富氧条件有关，而且还与浓度场分布特性有直接的关系．【总页数】6页(P440-445)【作者】林学东;黄丫;袁方恩【作者单位】吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,吉林长春130022;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,吉林长春130022;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TK411.2【相关文献】G缸内直喷发动机稀薄燃烧火焰传播过程影响因素的研究 [J], 林学东;黄丫;袁方恩;朱行安;张斌2.缸内直喷CNG发动机喷射方向对燃烧过程影响模拟研究 [J], 周立迎;吕小宁3.低压缸内直喷CNG发动机燃烧特性的影响因素 [J], 胡春明;侯圣智;赵文锋;刘娜;李志军4.燃烧室形状对缸内直喷CNG发动机燃烧特性影响的数值模拟 [J], 袁兴国;何锋;杨立成G发动机缸内气流条件与双点点火对火焰传播特性及热效率的影响 [J], 杨淼;林学东;李德刚;刘迎澍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

进气道直径大小对固冲发动机内流场的影响研究

进气道直径为３ｍｍ。０
关键词：压发动机；值模拟；冲数内流场
中图分类号：４５Ｖ３文献标志码：Ａ
ＲｅｅｒｈｅｎＤｉｆｒｎｔＤｉｍｅｅｓｏｒｉｅｐＳｓａｃｓｏｆｅｅａｔｒｆＡｉ－ｎｌｔＰｉｅ’
流模型和组分输运模型数值模拟了一设计的固冲火箭发动机掺混燃烧过程的内流场。结果表明：一定补燃在室长度和进出口条件下，在一最佳进气道直径，使空气与燃气完全掺混燃烧。在文中模拟条件下的最佳存能
ＩｆｕｎｅｏｔｅＩｓｅＦｏＦｅｄｏｏｉｃｅｍｎｋｔｄｄＲａｊｔｇｎｅＥ
ＬＩＭｉｊｎＹＡＮｎＦＩｉ，ｌａＣｏｇ，ＥＮＧｉｈＬＩＨｕＪｎｕ，Ｕａ
ｕｄｒａｃｒａｎｌｎｔｆｔｅａｔｒｕｎｎｈｍｂｒａｄａｃｒａｎｉｎＵｏｄｔｎｈｒｘｓｓａｃｒｅｐｎｉｇｄａｔｒｏｈｎｅｅｔｉｅｇｈｏｈｆｅｂｒｉｇｃａｅｎｅｔｉｎａｄＯｔｃｎｉｉ，ｔｅｅｅｉｔｏｒｓｏｄｎｉｍｅｅｆｔｅｏａｒｉｌｔｐｐ，ｗｈｃａｋｈｘｎｎｕｎｎｉｕｔｏｎｔｅａｔｒｕｎｎｈｍｂｒｂｓｆａ１ｉｎｅｉｅ－ｉｈｃｎｍａｅｔｅｍｉｉｇａｄｂｒｉｇｓｔａｉｎｉｈｆｅｂｒｉｇｃａｅｅｔｌｏ．Ｕｎｅｈｉｌｔｄｃｎｉｄｒｔｅｓｍｕａｅｏｄ —

进气压力对汽油混氢发动机性能影响的研究

收稿日期:2009212203;修回日期:2010201210 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50976005);北京市自然科学基金资助项目(3082004);北京市教育委员会科研基地建设项目(0050005366901) 作者简介:汪硕峰(1985—),男,博士,研究方向为内燃机燃烧、节能与排气净化;shfwang @ 。

进气压力对汽油混氢发动机性能影响的研究汪硕峰1,高　谦2,纪常伟1,张　擘1,张旻玥1,张　健1(1.北京工业大学环境与能源工程学院,北京　100124;2.北京生产力促进中心,北京　100088) 摘要:在1台加装了电控氢气喷射系统的4缸汽油机上,研究了进气压力对混氢汽油机燃烧与排放性能的影响。

试验结果表明:随着进气压力的增加,混氢前后发动机平均指示有效压力与指示热效率均有所升高;相同进气道压力条件下,混氢后发动机热效率有所提高,但进气压力较高时混氢后发动机平均指示有效压力有所降低;发动机HC 与CO 排放随进气道压力的增加而逐渐降低,但NO x 排放随进气压力的增加而升高;相同进气压力条件下,进气混氢有利于改善发动机HC 与CO 排放。

关键词:进气压力;氢发动机;汽油机;燃烧性能;排放控制中图分类号:T K411171 文献标志码:B 文章编号:100122222(2010)0120044204 石油资源的不断消耗已使得发展代用燃料成为了内燃机发展的必然趋势。

H 2是可以被发动机所采用的绿色可再生能源[1]。

由于H 2的燃烧界限宽,因此氢发动机更适合在稀燃条件下工作,从而使得其有可能利用稀燃时较高的氧浓度和较低的燃烧温度达到提高发动机热效率并减少有害排放物的目的[2]。

同时,H 2的火焰传播速度较快且点火能量较低,这也有利于降低氢发动机在稀燃条件下的循环变动。

但由于目前H 2的制造成本仍然较高,且H 2的随车大量储运也有很多难题需要解决,因此,纯氢发动机难以在短时间内得到普及。

进气道结构对天然气发动机燃烧过程的影响

进气道结构对天然气发动机燃烧过程的影响韩旭东;黄佐华;陈勤学;王琼;吴文龙;胡锋【摘要】利用AVL FIRE软件对不同结构的进气道方案进行瞬态模拟计算,分析了进气道结构对天然气发动机燃烧过程的影响规律.研究结果表明,湍动能的变化与涡流比的大小关系不大,主要受Z方向滚流比的影响;燃烧速率快慢与缸内平均湍动能高低并非一一对应关系,燃烧速率主要依赖于火花塞周围的湍动能分布情况.通过改进气道Ⅲ方案与气门座圈连接处的入射角度,缸内滚流与涡流运动均明显增强,且缸内湍动能分布显著改善,提升了化学反应速率与火焰传播速度,燃烧特性显著改善.两个试制进气道方案的台架试验结果表明,气道Ⅲ改进方案能够改善天然气发动机的经济性、可靠性与高速动力性.【期刊名称】《内燃机工程》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】7页(P46-52)【关键词】天然气发动机;进气道结构;燃烧过程;数值模拟【作者】韩旭东;黄佐华;陈勤学;王琼;吴文龙;胡锋【作者单位】一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂,无锡214026;西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049;一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂,无锡214026;一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂,无锡214026;一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂,无锡214026;一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂,无锡214026【正文语种】中文【中图分类】TK432天然气以其储量丰富、清洁、成本低及兼容性好的优点,成为石油资源的重要替代能源,发展天然气发动机也成为应对排放升级和油价攀升的重要举措。

目前全世界已有50多个国家在大力发展天然气发动机,并且其范围还在进一步扩大[1-4]。

中重型天然气发动机大多基于原有柴油机平台改造而成[5-7],然而由于天然气与柴油在物性上存在差异,使发动机通常需要进行燃烧室、进气道、配气系统、增压器、冷却系统、润滑系统等的改进。

进气道的流动特性是影响燃烧系统整体性能的关键要素之一,与柴油机进气道促进燃油与空气混合的目标不同,天然气发动机的进气道要能够实现火核稳定点火,同时促进火焰传播。

进气滚流强度对直喷发动机燃烧特性的影响

小循环变动，提高燃烧稳定性。试验方面，尹丛勃等
［６］
和张喜岗等
［７］
均运用粒子图像测速技术（ＰＩＶ）
在不同滚流状态下对喷雾形成进行了稳态和瞬态的
］８研究。此外，黄丫等［利用黑白相机记录了不同滚
流强度下火焰在光学发动机内的发展状况。然而此前的研究难以反映火焰发展过程中各中间产物的变
９］的变化可以表征燃烧过程中炭烟的生成情况［；而
。但这种喷射方式存在的主要
［２］
问题是燃油贯穿距离太大，易在壁面和活塞顶部形油膜燃烧引起积炭成油膜，。另外燃油与空气混合较差造成颗粒物排放增加甚至失火等现象，这些
第３期（ＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥ
（）Ｎｏ．３ＳｅｒｉａｌＮｏ．２３０Ｊｕｎ．２０１７
进气滚流强度对直喷发动机燃烧特性的影响
吴强，许敏，杨杰，董雪
（上海交通大学机械与动力工程学院汽车电子控制技术国家工程实验室，上海２）００２４０通过在进气法兰处安装不同的滚流导流板调节进气截面积摘要：以光学单缸直喷汽油发动机作为试验平台，采用高速彩色相机拍摄不来获得不同强度的滚流气流。利用Ｃｏｎｖｅｒｅ软件对缸内滚流强度和湍动能进行评估，ｇ同滚流强度下火焰状态随曲轴转角的变化，同时采用燃烧分析仪采集缸压数据。通过图像处理分离蓝色火焰和黄色火焰，其中，蓝光被认为主要来自火焰中ＣＨ释放的化学荧光，而黄光被认为主要来自炭烟颗粒的辐射。试验发随着滚流强度的提高，蓝色火焰面积增加，缸内燃烧速率得以提升，缸内平均指示有效压力增强，相关性分析表现：蓝色火焰面积和燃烧放热率有很好的正相关性。同时，黄色火焰随滚流强度增加而减少，表明炭烟生成量降明，低。此外，燃烧的循环波动也随滚流强度的增加而降低。关键词：滚流比；光学发动机；燃烧速率；炭烟；循环波动：／ｉ．ｓｓｎ．１００１２２２２．２０１７．０３．００１犇犗犐１０．３９６９ｊ中图分类号：（）ＴＫ４１１．１２文献标志码：Ｂ文章编号：１００１２２２２２０１７０３０００１０７

过量空气系数对火花点火天然气发动机排放影响的研究

第１６卷第３期
２０１６住
３月
中国水运
ＯｈｉｎａＷａｔｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔ．
ＶｏＩ１６Ｍａｒｃｈ
Ｎｏ．３２０１６
过量空气系数对火花点火天然气
发动机排放影响的研究
张淼，马志超
（天津海运职业学院，天津３００３５０）
摘要：文中介绍了由丰田８Ａ发动机改装成的火花点火天然气发动机系统，试验研究了过量空气系数对天然气发
整个实验台架主要分为三部分：天然气供气系统、点火
图１天然气发动机供气系统
收稿日期：２０１６—０３—０５作者简介：张淼（１９６７一），男，天津人，天津海运职业学院，助理研究员。
第３期
张淼等：过量空气系数对火花点火天然气发动机排放影响的研究
１２３
动机排放物的影响，试验表明：随过量空气系数的增加，ＮＯｘ排放先增加后减少，总碳氢和一氧化碳排放先减少后
增加；当过量空气系数为１．１是ＮＯｘ排放达最大值，随着过量空气系数的继续增加，ＮＯｘ排放明显下降，但总碳
氢和一氧化碳的排放迅速增。
关键词：过量空气系数；火花点火；天然气发动机；排放
表１丰田８Ａ—ＦＥ发动机的主要技术参数
系统和电子控制系统。天然气发动机供气系统的总体布置示意图如图１所示。
天然气从高压储气瓶内经手动阀门和总控阀流出，并经过过滤器滤去气体燃料中的杂质，然后，天然气流经单向阀，再流经天然气流量测量计，经一级和二级减压阀将天然气压力减至喷射阀所要求的喷气压力后送入天然气气轨。根据发动机的转速和负荷大小，通过电控单元控制喷气阀的喷气时刻和脉宽，将天然气喷入进气道内，与空气一道被吸入气缸内，实现天然气发动机的供气。

火花点火发动机燃烧特性的数值模拟和试验研究

燃烧学科学家和发动机开发工程师面临的一个主要挑战是优化发动机燃烧，以改善燃油经济
性和减少废气排放，同时以最低的成本来保持发动机良好的性能。

由于火花点火（SI）发动
机具有降低油耗和排放的潜能，因此其越来越受到关注。

对涡轮增压SI发动机了进行三维CFD模拟和试验测试，设计了一种新的进气口配置。

在
早期进气门关闭（EIVC）时，容易出现缸内湍流水平较低的典型问题。

为了解决该问题，在部分负荷情况下，采用可变气门驱动（VVA）系统，以减少泵气损失。

所提出的进气口配置
能够在低气门升程时增加气体运动，从而达到在部分负荷时提高火焰传播速度的目的。

新的
进气口配置被证明在提高循环和缩短燃烧过程中有显著和积极的影响，尤其是在负荷较低时，这对于使用EIVC策略的VVA系统更关键。

尽管该系统在部分负荷下使用低气门升程会改善发动机性能，在满负荷的整个气门升程时会降低气体的运动程度。

但在满负荷运行条件下，
所设计的进气口配置没有达到目标，虽然气缸的敲击缓解，但不足以弥补燃烧中的热量损失。

在试验中，对气缸内的流动特性进行了计算。

在定量的基础上，分析燃烧持续时间与湍流
动能之间的关系，并为进一步修改燃烧持续时间和发动机几何形状提供了依据，使发动机在
整个运行过程中有一个合适的燃烧速度。

缸内气流运动对直喷汽油机燃烧过程的影响研究开题报告

[8]Ken Naitoh．Numerical Simulation of the Detailed How in Engine Ports and Cylindem[C]．SAE：900256，1990：62
[9]Bahram khaligli，Danid C Haworth，Mark S Huebler．Multidimensional Port-and-In-Cylinder Flow Calculationsand Flow Visualization Study in an
（2）国内外文献对缸内气流运动对直喷汽油机燃烧过程的影响的综述：
①国内山东大学能源与动力工程学院利用数值模拟技术研究缸内气流运动燃烧过程的影响,模拟了带有不同进气道的2种燃烧系统.模拟结果表明:进气过程所产生的气流运动状况影响压缩上止点附近的最终动量矩及涡流运动的中心;缸内涡流运动能够维持到压缩上止点附近,压缩冲程后期燃烧室内湍流强度增大的主要原因是大尺度的滚流破碎成众多小尺度的涡流;缸内涡流中心的位置靠近气缸中心有利于火焰沿径向均匀传播[1]；重庆大学机械工程学院利用计算流体力学（CFD）软件Fire对汽油机进气道及缸内流场进行了稳态及瞬态的三维数值模拟计算，采用动网格技术快速生成计算网格，瞬态模拟给出了缸内速度场和湍动能场，获得了较详细的流场信息。研究结果显示气道结构设计合理，缸内流场中出现明显的滚流，进气引起的明显滚流维持到了压缩终点，且高湍动能区位于火花塞附近，有利于火焰传播[2]；聊城大学汽车与交通工程学院在内燃机工作过程中,气流运动占有十分重要的地位。组织良好的气流运动是改善燃烧过程、提高热效率和降低排放的有效途径。数值模拟方法因具有费用低、周期短、信息量大,能充分反映几何形状的影响程度等特点,被广泛地应用于内燃机气体流动方面的研究。本文概述了内燃机机内气体流动数值模拟的国内外研究现状,指出了目前的数值模拟技术还没有真正达到用于优化设计结构的程度,提出了气体流动数值模拟今后研究的方向[3]。天津大学内燃机研究所运用基于双特征角的气道稳流测试系统,对四气门电喷汽油机缸内不同测试平面内的气流运动进行了试验、分析及评价。引入特征矢量的概念,利用缸内滚流运动矢量轨迹图及不同气门升程下发动机缸内气流运动特征矢量表,分析了缸内不同气流运动形式的气流强度、作用平面、矢量方向,宏观地反映了缸内气体流场的运动特性及分布规律。在发动机进气系统的优化过程中,为组织缸内气流最优化作用区域及适当强度的气流运动,改善汽油机性能提供了新的方法和全面的数据依据[4]。

进气成分对柴油机低温燃烧影响的试验和模拟研究

或N的流量，而在EGR中，通过调节背压阀开度，实现循环废气量的改变，从而达到需求的氧浓度。喷油由一套电控系统控制，可灵活调节喷油量、喷油时刻、轨压等参数。缸内压力采集采用了自行开发的缸
压采集及放热率实时处理系统完成，气体测量采用了 HoribaMEXA-7100DEGR排气分析仪，烟度测量采用了 AVL415烟度计。1-压气机；2-三通阀；3-流量计；4-稳压罐；5-废
mg/cyc时，放热峰值则较高。这是因为在较小负荷时，喷入CO后滞燃期较长，但主燃烧发生在膨胀冲程，燃烧速率较慢；而在较大负荷时，滞燃期仍较长，但燃烧发生在上止点附近，燃油和进气混合较
充分，因而燃烧速率较快。图4(a)-(c)分别是循环喷油量 50mg、喷油时刻分别为上止点前16度、6度和1度时，N、 CO和EGR在不同氧浓度下的滞燃期对比。
论文摘要：通过改变进气成分(向进气管喷入CO 、N 和 EGR)对柴油机燃烧和排放影响的对比，从试验和模拟两方面研究了进气成分对柴油机低温燃烧性能和排放特性的影响。结果表明，进气中CO
比例较大时，碳烟大幅降低的主要原因是CO 的热效应和化学效应；而CO 和N 的稀释效应对降低NOx排放的效果相当，即氧浓度降低是NO 排放降低的主要原因。数值模拟结果表明，进气中加入N
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论文查重 ty89htvv
时，氧浓度在13%时缸内Φ-T分布仍不能完全避开碳烟或 NO 生成区；而进气中加入CO ，氧浓度降至15%时就同时避开了NO 和碳烟生成区域。且CO 比例较大时，滞燃期延长使缸内温度分
布更加均匀。同时，进气成分对燃烧路径有较大的影响。论文关键词：进气成分,惰性气体,模拟,低温燃烧,废气再循环引言柴油机低温燃烧是一种新型的燃烧方式，通过降低燃烧温度，可以同时实现极低的

进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响研究_滚流比

进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响研究_滚流比引言近年来，随着全球能源危机和环保问题的日益严峻，改善燃油经济性，降低CO和尾气排放成为内燃机行业面临的重大挑战。

汽油缸内直喷能够更准确地控制燃油喷射和混合气形成，因而能提高发动机燃油经济性和动力性，减少冷启动排放，且具有更良好的瞬态响应性能。

另外，利用增压可以提高进气密度，增加进气量，从而更大幅度地提高动力性。

在欧洲和日本，通过引进汽油缸内直喷、增压、减小排量等技术，整车燃油经济性比传统非增压、气道喷射汽油机可提高15%到20%，已经很接近柴油机水平，排放已达到欧5，并且可实现欧6。

因此，汽油机采用缸内直喷与涡轮增压相结合技术成为满足较低CO排放法规的重要技术之一。

而且，随着更为严格CO排放法规的出台，各大公司有往小排量缸内直喷增压汽油机的开发趋势。

尽管GDI汽油机优点众多，但在开发过程也有许多问题有待进一步解决，比如要避免汽油喷射湿壁现象造成的机油释稀，分层充气燃烧后处理，增压均匀混合爆震等问题。

目前，利用CFD分析成为GDI燃烧系统的前期开发重要手段之一。

本文首先对某款排量为2.0L的缸内直喷增压汽油机的两种高、低滚流比气道进行了稳态CFD分析，然后针对这两种不同滚流比气道进行了缸内油气混合瞬态CFD分析。

最后在发动机性能试验台架上进行了验证。

1进气道稳态CFD分析进气道稳态CFD分析几何模型一般包括进气道、进气门、进气门座、燃烧室顶部、2.5倍缸径的模拟缸套和进口稳压腔。

进气道三维稳态模拟分析流动控制方程有连续性方程，动量守恒方程，能量守恒方程和气体状态方程。

湍流模型采用高雷诺数模型；离散方程组的压力和速度耦合采用SIMPLE算法；空间网格采用中心差分格式；固定壁面边界采用绝热无滑移，壁温300K；在近壁区，为了避免在近壁区使用过细的计算网格，减少计算时间，采用壁面函数对边界层进行处理。

与气道稳态试验台类似，进出口采用定压差方法，压差设定为7.84kPa。

进气道形状对天然气发动机缸内流场影响的研究

进气道形状对天然气发动机缸内流场影响的研究进气道形状对天然气发动机缸内流场影响的研究绪论1.1引言自从1876年内燃机问世以来，已经有一百余年的历史了。

一百多来，凭借其热效率高、热负荷小、结构紧凑等优点内燃机在车辆、船舶、工程机械等广泛领域中取得了优势地位，为世界经济的发展作出巨大的贡献，在人类文明的发展中起到了极为重要的作用。

作为重工业的龙头，汽车产业对于拉动整个社会的工业水平、商业活动、以及就业情况，都有着举足轻重的作用，是世界主要的经济大国的支柱产业之一，是各个国家工业发展的重中之重。

交通是国民经济的命脉，汽车作为当今最主要的交通工具,消耗了世界上46％的能源，发出的功率占世界所有动力装置的90％以上[1]。

在今后相当长的时间内,汽车作为主要交通工具的主导地位仍然不会改变。

因此，伴随着经济的发展,内燃机作为最主要的动力工具，还是有很广阔的发展空间的。

当今世界经济正在飞速的发展，与此同时支撑着整个经济发展的能源也在日趋枯竭。

尤其是现代汽车工业所需求的石化资源，甚至成为了各国竞相争夺的战略资源。

另一方面，随着汽车工业的发展，汽车保有量急剧增加，到2006年为止，全世界汽车保有量已超过8亿辆，发动机造成的环境污染和温室效应已经给全球气候以及人类健康造成了严重损害。

为了解决这些问题，各国相继制定了越来越严格的排放法规和燃油消耗法规，用以控制汽车污染物排放量。

而内燃机的排放特性和经济性密切相关,二者是矛盾的,为了追求较好的排放性能,必然要牺牲某些经济性指标。

所有这些都要求现代汽车工业向着高效、节能、环保的方向发展，同时也给发动机的设计和研究带来了前所未有的挑战。

能源和环境与人类的生存密切相关,车辆排放对生态环境、人类健康和经济发展的严重影响已引起全世界的普遍重视。

在我国，能源和环境问题已经成为制约国民经济发展的主要因素之一。

努力提高汽车的动力性能，降低汽车的排放已经成为国内外研究者的重要课题。

随着我国国民经济的快速发展，汽车保有量与日俱增，对汽车的排放控制成为一个非常紧迫的问题;同时，汽油、柴油的短缺也对如何扩大汽车燃料的种类、改变城市燃料结构提出了新的要求。

天然气掺氢发动机性能试验_李从心

文章编号:1673-0291(2008)04-0006-04天然气掺氢发动机性能试验李从心,张欣,刘建华(北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044)摘要:以台架实验的方法,对发动机燃用天然气(CNG)和天然气掺氢(H CNG)燃料的动力性和排放性能进行了对比研究.结果表明,发动机燃用天然气掺氢燃料能够加快缸内燃烧过程,改善CNG 发动机稀燃性能,降低发动机排温.与纯天然气发动机相比,其排放物CO 、CO 2、HC 得到降低,同时NO x 排放量增加,但随着过量空气系数的增大,发动机NO x 排放大幅减少,得到较优的排放性能.关键词:发动机;压缩天然气;天然气掺氢;燃烧特性中图分类号:TK464 文献标志码:AExperimental Study on the Performance of HCNG EngineLI Congx in,ZH ANG X in,LI U Jianhua(School o f M echanical,Electronic and Contr ol Engineer ing ,Beijing Jiaotong U niversity ,Beijing 100044,China)Abstract:In this paper,the pow er and emission perform ance of the HCNG engine are tested and com -pared w ith the CNG eng ine through ex perimental methods.Results show that the adding of small amounts of hydrogen in natural gas-hydrogen mixtures can m ake rapid combustion process,im prove the lean-burn capability and decrease the exhaust g as temperature of eng pared to the CNG eng ine,CO,CO 2and H C em issions decrease,NO x emission increases at the same time.How ever,as the excess-air ratio increases,the NOX emissions can decrease remarkably.Key words:eng ine;CNG;HCNG;combustion characteristic 随着能源和环保问题的日益突出,降低燃油消耗和提高排放性能已经成为发动机研究领域必然的发展方向.国外大量研究表明,发动机燃用替代燃料是降低对石油能源依赖、减少排放的有效途径.天然气以其良好的可获得性、低污染性和经济性日益受到世界各国的重视,各大内燃机厂商陆续推出了CNG 发动机.作为发动机燃料,天然气燃烧中排放物少于汽油和柴油,具有良好的抗爆性,但其燃烧速率低、稀燃时燃烧不够稳定,降低了火花点火CNG 发动机的性能.氢气具有非常高的燃烧速率(270cm/s),被认为是目前最为清洁的能源之一.本课题以天然气和氢气混合气(HCNG)作为火花点火发动机燃料,对天然气掺混氢气混合燃料发动机进行台架实验研究,分析对比了天然气发动机与天然气掺氢发动机的动力性和排放性.1 实验台架系统构成实验用发动机以潍坊柴油机厂生产的WT615型柴油机为基础,对进气系统进行改造,去掉喷油系统,加装点火系统.燃料供给系统则根据分压定律按配比预先在高压钢瓶混合,采用进气道喷射的方式.发动机WT615164QCNG-3的主要性能参数为:缸径@行程126mm @130mm;压缩比1016;排量91726L;燃烧室形状为碗形;额定功率191kW (2200r/m in);最大扭矩890~900N #m;进气阀开2b BTDC,进气阀关26b ABDC;排气阀开49b BBDC,收稿日期:2008-03-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(50676008)作者简介:李从心(1979)),男,陕西安康人,博士生.email:setforth@第32卷第4期2008年8月北京交通大学学报JOU RNAL OF BEIJING JIA OT ON G U N IV ERSIT YVol.32No.4Aug.2008排气阀关5b ATDC.HCNG发动机改装过程中,为了能够弥补使用气体燃料造成的充气效率下降、在稀燃条件下动力性能降低的缺陷,进气系统中增加了涡轮增压器,并在增压器后安装了增压空气中间冷却系统,从而提高了充气效率,降低了燃烧初始缸内平均温度.同时,进气总管安装了电子节气门,使发动机负荷调节方式由原柴油机的/变质调节0转变为汽油机的/变量调节0.为了精确控制空燃比,采用了燃料电控多点顺序喷射系统,准确控制每一个气缸供气量及喷射始点.点火系统设计使用了高能点火控制系统,以保证H CNG发动机有足够的点火能量和可靠的点火性能.台架实验中使用洛阳南峰机械厂生产的CW260型电涡流测功机测量扭矩;转速信号由上海内燃机研究所生产的DS2-10型转速仪测量;排放数据通过意大利PROTECH公司生产的废气分析仪IPEXD测量和记录;排温由上海内燃机研究所生产的DT-A型排气温度传感器测量;电控系统ECU由实验室自行开发和标定,能够对点火提前角和喷射脉宽进行在线修改和标定.试验用燃料采用北京市南湖加气站的天然气,其中甲烷的体积分数约为87197%,热值约为42 M J/m3,具体成分见表1.表1天然气组分T ab.1Natural gas components组分体积分数/%密度/(kg/m3)CH487197017174C2H66141113553C3H82167210102C4H101118216912C5H120132314537CO20193119771N20154112504H2S010*********2实验结果及分析211动力性分析在试验过程中,通过CB-466多通道发动机分析仪,测得缸内压力示功图.图1给出发动机转速为1400r/min,节气门开度为20%时,纯天然气与天然气掺氢燃料(氢气体积分数为20%)的示功图及最大压力对应曲轴转角对比.从图1中可见,发动机燃用掺氢燃料的最高爆发压力均明显高于天然气,最高压力比纯天然气时增加了20%,且最高压力点对应的曲轴转角提前了3b CA.实验结果说明,虽然氢气体积热值低,且掺氢会降低充气效率,但掺入的氢气在达到一定量后依然能够明显的加快缸内火焰传播速度、提高燃烧率,从而使燃烧期缩短,压力升高,压力曲线最高点前移,发动机动力性能提高.图1发动机示功图对比Fig.1Comparison of indicator diagram图2给出了1400r/min时,不同负荷的工况下天然气与掺氢燃料(氢气体积分数为20%)的最大压力p max、最大压力升高率(d p/d U)m ax的对比曲线.图2中可见,掺氢燃料最高压力在整个负荷范围内均高于天然气发动机,其最大压力升高率在小负荷时与天然气比较接近,而在中、大负荷时有明显的提高.这说明,虽然不同负荷下氢气所占体积比例均为20%,但负荷较小时,氢气的绝对数量也较小,改善程度不明显;而大负荷工况时,氢气绝对数量增大,充分体现出加快和改善缸内燃烧过程的作用,增强了发动机的动力性能.图2发动机最大压力与最大压力升高率对比F ig.2Compar ison o f P max and(d p/d U)max212排放性能对比分析在发动机转速为1400r/min的不同负荷工况下,天然气掺氢发动机和天然气发动机排放对比如图3所示.图3(a)给出了CO排放的对比,掺烧氢气后在功率50~110kW范围内,CO排放明显降低,最大降低了50%;而在小负荷和大负荷的工况下,二者排放量比较接近.小负荷工况下,掺氢后缸内局部温度仍然较低,发生局部燃烧不完全产生CO;高负荷工况下,掺氢后缸内燃烧温度更高,使一部分燃烧产物CO2发生热离解反应,生成CO;同时,缸内压力升高也会使更多的未完全燃烧产物挤入缝隙中,而7第4期李从心等:天然气掺氢发动机性能试验使CO 排放略有上升.从总体来看氢气的掺入,增加了火焰传播速度,缩短总燃烧期,促进了CO 的氧化,而氢气本身不含碳元素也是CO 排放减少的原因之一.(a)CO排放对比(b)CO 2排放对比(c)HC排放对比(d)NO x 排放对比图3 排放对比曲线Fig.3 Comparison of ex haust emissions图3(b)给出了CO 2排放的对比曲线,掺氢后CO 2排放量在整个测试范围内均得到了降低,主要是因为燃料中掺入的氢气燃烧不会产生CO 排放.图3(c)给出了HC 排放的对比,由图可见,掺氢后HC 的排放得到了明显的降低,最大降低了3214%.主要原因为:¹天然气掺氢后,预混火焰传播速度增加,燃烧持续期降低,使得H C 得到更多的时间进行氧化反应;º掺氢后导致缸内温度上升,促进了HC 焰后氧化反应的进行;»掺氢后降低了火焰淬熄的趋势,相应的减小了淬熄距离,使缝隙中一部分HC 得以氧化;¼氢气的燃烧本身不产生HC 也是H C 排放降低重要原因.图3(d)给出了NO x 排放对比曲线,掺氢燃烧中的NO x 排放比纯天然气燃烧的排放高,尤其是在负荷较大时,最高可增加25%.其原因是由于加氢之后,燃烧反应速度提高,造成混合气的燃烧温度升高,满足了NO x 排放物生成的高温条件,使NO x 排放增多.213 发动机排温比较图4给出了发动机燃用两种燃料时平均的排气温度对比.从图4中可见,掺氢后排温降低,主要是因为天然中掺入氢气,氢气的燃烧速度快,提高了混合气的质量燃烧速率,使得后燃比例减小,排气温度降低.因此,掺入一定量的氢气能够有效的改善天然气发动机的后燃现象,降低发动机排气门和增压器处的热负荷.图4 排温对比曲线Fig.4 Comparison of discharge temperature3 过量空气系数的影响课题还研究了掺氢发动机过量空气系数从1136到1173变化时,对发动机动力性能和排放性能影响.试验中,固定发动机节气门开度,通过调整喷射脉宽来控制过量空气系数的变化.图5为掺氢燃料发动机在1400r/min 部分负荷工况时,发动机性能随过量空气系数增大变化情况.可见,在过量空气系数从11366到11732的稀燃范围内,过量空气系数超过1144开始,扭矩和功率明显降低,最大降低了21%.当功率为48116kW,扭矩为329N #m 时,把掺氢发动机在过量空气系数为1173时的数据与纯天然气发动机在过量空气系数为113时测量的数据进行比较,功率和扭矩值几乎相当,但发动机能够稳定输出功率,其稀燃界限明显增大.而纯天然气在过量空气系数超过115时,发动机无法稳定工作.8北京交通大学学报第32卷图5 扭矩和功率随过量空气系数变化F ig.5 Change trend w ith the excess aircoefficient of pow er and torque图6给出了排放随过量空气系数变化的数据.NO x 排放大幅降低,最大降低了90%,CO 2也显示了下降的趋势.而在过量空气系数从11366到11732的稀燃范围内,CO 和H C 排放由于已经处于稀燃工况,排放量维持在较小范围内波动.HC 整体呈现逐渐上升趋势,两者在过量空气系数114左右(a)HC 和NO x排放(b)CO 和CO 2排放图6 排放随过量空气系数的变化Fig.6 Change trend wit h the ex cess air coefficient排放最低,在过量空气系数1155左右排放最高.因此,掺入氢气可以极大的改善天然气发动机的稀燃性能,扩展稀燃极限,同时能够通过稀燃技术达到大幅降低NO x 排放的效果.4 结论1)发动机燃用掺氢燃料后,使得缸内火焰传播速度增加,动力性增加,缸内温度增加.2)发动机燃用掺氢燃料后,排放物HC 、CO 、CO 2得到降低,同时NO x 排放量增加,尤其在较大负荷工况.3)发动机燃用掺氢燃料后,燃烧重心前移,使排温下降.4)H CNG 发动机在过量空气系数的增加超过一定值后功率下降,NO x 排放大幅减少,但HC 排放略有增加.参考文献:[1]Das L M ,R ohit Gulati,G upta P K.A Comparativ e Eva-luation of the P erformance Characterist ics of a Spark Ign-i tion Engine U sing Hydr ogen and Co mpressed Natur al G as as Alter native Fuels[J].H ydrog en Energ y,2000,25:783-793.[2]刘艳.电控CNG 发动机掺氢燃烧性能研究[D].北京:北京交通大学,2006.L IU Yan.Study on the Co mbustio n Char acterist ics of the Eng ine Fueled with CN G and Hydr ogen Blends[D].Be-i jing:Beijing Jiaotong University,2006.(in Chinese)[3]Huang Zuo hua,Wang Jinhua,L iu Bing,et bus -tion Characteristics of A Dir ect -Injection Eng ine Fueled w ith N atural Gas-Hydr ogen Blends U nder Different Ign-i tion T imings[J].Fuel,2007,86:381-387.[4]Sebastian V erhelst,Roger Sierens,Stefaan Verstraeten.ACritical Review of Ex perimental Resear ch o n Hy drogen F u -eled SI Eng ines[J].SA E,2006-01-0430.9第4期李从心等:天然气掺氢发动机性能试验。

进气门早关对柴油机进气和燃烧特性的影响

第38卷第3期2017年6月内燃机工程Chinese Internal Combustion Engine EngineeringVol.38 No.3June.2017文章编号：1000 — 0925(2017) 03 — 0015 — 08 380047进气门早关对柴油机进气和燃烧特性的影响张坰〃，常英杰〃，谢宗法〃，刘鑫〃，李小蕊〃，王兆宇3(1.山东大学机械工程学院，济南250061 ;2.山东大学高效洁净机械制造教育部重点试验室，济南250061 ;3.龙口中宇热管理系统科技有限公司，烟台265700)Effects of Early Intake Valve Closing Actuation on Intake andCombustion Characteristics on Diesel EngineZHANG Jiong1 2, CHANG Yingjie12 ,XIE Zongfa12 ,LIU Xin12 ,LI Xiaorui1 2, WANG Zhaoyu3(1. School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China；2. Key Laboratory of HighEfficiency and Clean Mechanical Manufacture of Ministry of Education, Shandong University, Jinan 250061, China；3. Longkou Zhongyu Thermotech Co.?Ltd., Yantai 265700, China) Abstract；A fully variable hydraulic valve actuation using early intake valve closing(EIVC) mode was developed and assembled on a SD2100TA diesel engine to adjust intake mass flow and effective compression ratio in a large speed range. The intake and combustion characteristics of the modified engine were investigated. The experimental results show that, compared with the throttle valve control mode, the pumping loss is reduced substantially and the mean cylinder temperature is decreased in EIVC mode, which is beneficial to low temperature combustion(LTC). With the advance of intake valve closing tim ing(IVCT), the effective compression ratio is decreased, the cylinder pressure and temperature at the end of compression stroke are lowered, the ignition delay is increased, the start of heat release is delayed, the proportion of premixed combustion is increased, the proportion of diffusion combustion is decreased, and the exhaust temperature is decreased because of the reduction in the heat capacity. A significant reduction in the peak pressure is attained providing that there is little variation in indicated thermal efficiency, with which a larger output power is obtained. The peak pressure is reduced by 26%at 1 650 r/min and IMEP of 0. 64 MPa when the IVCT is advanced from 30° to —50° in crank angle after BDC.摘要：在一台SD2100TA柴油机上安装了全可变液压气门机构，采用进气门早关（EIVC)的方式对进气量和有效压缩比进行调节，并对进气性能和燃烧性能进行了研究。

无节气门汽油机进气性能的改善及其对燃烧性能的影响

无节气门汽油机进气性能的改善及其对燃烧性能的影响汽油机通过装载可变气门正时机构(VVT)可以实现无节气门控制负荷,即无节气门汽油机。

无节气门汽油机具有泵气损失小和有效压缩比可变的优势,能够实现热效率更高的米勒循环或阿特金森循环,能够有效的降低燃油消耗率,是汽油机节能减排道路上的一大有利技术。

本项目组自主研制开发了全可变液压气门机构FHVVS,通过项目组的初步研究发现:通过FHVVS实现气道喷射式汽油机的无节气门控制时,小负荷时燃烧循环波动增大,燃烧速度变缓,燃烧的不稳定性增加,导致其热效率有所降低。

为了改善无节气门汽油机低负荷条件下的燃烧性能,本文对增强进气流动的方式、进气流动对无节气门汽油机油气混合、以及进气流动对燃烧性能和燃烧过程的影响进行了研究,主要研究内容如下:(1)对气道喷射式汽油机BJ486EQ的配气系统进行改制并完成试验台架搭建。

将自主开发研制的FHVVS系统安装在BJ486EQ汽油机上,采用进气门早关(EIVC)的方式实现汽油机的无节气门控制。

对点火试验台架进行改进,使用热膜式空气流量计测量进气过程的质量流量;使用消耗仪测量油耗;在飞轮处安装霍尔传感器,监测曲轴转角信号和上止点信号;在汽油机第四缸燃烧室打孔安装缸压传感器,测量缸内气体燃烧时的压力信号,每个试验工况连续采集大于100个循环的缸压信号,并将其平均值作为放热率等燃烧性能参数的计算依据。

(2)通过3D仿真计算对螺旋气门进行优化。

使用Hyper mesh软件对安装螺旋气门的进气道模型进行面网格划分;将面网格导入STAR-CCM+软件,采用多面体网格和网格重构进行体网格的生成,并添加局部网格细化,速度梯度越大的位置网格越小。

通过分析螺旋气门产生涡流的机理,发现影响其涡流强度的关键结构参数,对叶片螺旋角、导流罩截锥角、叶片数量与长度进行优化计算,获得在一定的流动能力的基础上最强涡流能力的结构参数。

(3)对安装螺旋气门的BJ486EQ汽油机缸盖进行气道稳流实验。