介绍

宽温度压力条件下爆震燃烧模态转换规律与调控机理

摘要：

爆震燃烧是航空航天推进系统和先进内燃机在极端条件下燃烧的共性科学问题。本项目紧密结合“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划，针对爆震燃烧模态转换规律及调控, 围绕宽温度压力条件下多种燃烧模态的高精度鉴别及相互转换规律、发动机爆震燃烧的数值模型与计算方法、发动机爆震燃烧的调控三个关键科学问题，采用先进的爆震燃烧试验平台、数值模拟以及激光测试技术，开展爆震过程及爆震火焰结构与传播机理研究，多热点、多火焰面和壁面相互作用诱发爆震机理研究，激波、湍流及其涡团结构对爆燃燃烧的作用机理研究，抑制/强化爆震燃烧过程的调控方法及其机制研究，揭示发动机爆震的机理，发展新的考虑激波传播及其对燃烧影响的模型，发展自适应网格自适应化学的爆震燃烧计算方法，提出内燃机中抑制爆震和爆震发动机中促进爆震新思路；研究结果将丰富和发展燃烧理论，同时可指导我国高效清洁发动机自主开发。

主要研究内容与方案：

项目成员

王颖迪

范钦灏

费舒波

齐运亮

王志

新闻

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高功率密度汽油机的早燃与超级爆震机理的燃烧基础研究

超级爆震的燃烧特征及其破坏性

摘要：

高功率密度汽油机是汽车节能的主流，其早燃和超级爆震是国际性难题，机理尚未探明。本课题拟围绕内燃机条件下高温高压可燃混合气氛围中的微粒物点火机制（早燃机理）、闭口系统中的爆轰起爆机制（超级爆震机理）、汽油机中爆燃爆轰调控（爆震抑制方法）三个关键科学问题，采用先进的激光测试、快速压缩机实验以及强化发动机试验的方法开展早燃-超级爆震的上述三方面有机结合的研究。以期鉴别出高功率密度汽油机中早燃的诱发源，获得高温高压可燃混合气中早燃机理，为实际发动机燃烧系统设计提供理论基础；提出超级爆震的起爆发生条件，获得高温高压闭口条件下超级爆震机理，揭示爆燃-爆震模态转换的详细过程； 提出高功率密度发动机中抑制早燃和超级爆震的新方法，揭示其调控机制，并探索实用化可行性。项目研究结果对高效高功率密度发动机燃烧有重要的理论价值，对超高增压发动机的产业化应用具有重要的实际意义。

主要研究内容：

1. 机油液滴诱发早燃的燃烧诊断
2. 固态颗粒诱发早燃的燃烧诊断
3. 燃油品质对早燃的影响规律
4. 超级爆震发生条件
5. 早燃与超级爆震的抑制方法

项目成员

费舒波

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液体燃料分子结构与机动车发动机碳烟和颗粒物排放的相关性的基础研究

摘要：

燃料性质首要决定排放特性，但其分子结构对碳烟排放和颗粒物生成演变过程的影响尚未探明。本课题拟围绕直喷柴油机中燃用不同分子结构燃料的碳烟和颗粒物的生成演变规律、碳烟前驱体生成机理和颗粒物数学模型以及低颗粒物排放含氧燃料设计原则等三个关键性科学问题，采用先进的发动机台架试验、光学诊断平台以及数值模拟等方法开展液体燃料分子结构与汽车发动机碳烟和颗粒物排放的相关性的基础研究。以期得到燃料分子结构对发动机碳烟排放和尾气中颗粒物演变的影响规律，提出拥有低颗粒物排放的含氧燃料设计原则；开发碳烟前驱体生成机理和颗粒物群体方程的数学模型，最终得到更精确碳烟颗粒物生成机理；结合发动机控制手段及燃料优化手段，降低实际车辆的碳烟颗粒物排放。本项目研究结果对压燃式发动机用含氧燃料的开发有重要的理论价值，对新一代满足排放标准的发动机应用具有重要实际意义。

研究内容：

1）       不同燃料分子结构对碳烟生成特性影响的基础研究

2）       碳烟前驱体机理的开发

3）       碳烟颗粒物群体平衡方程数学模型的开发

4）       不同分子结构含氧燃料的发动机碳烟排放影响规律

5）       喷雾特性、燃烧过程和碳烟形成规律的光学研究

6）       燃料的优化以及其在内燃机和整车上的碳烟排放特性

项目成员

王志

蔡开源

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[AFTON]车用直喷汽油机早燃与超级爆震机理及对策

摘要：

随着油耗与排放法规的日益加严，增压直喷小排量汽油机逐渐受到关注。但在发动机强化过程中出现了以低速早燃(LSPI)为代表的不正常燃烧现象，极大地限制了发动机的节油潜力。因此，研究直喷汽油机产生不正常燃烧的原因及解决途径迫在眉睫。尽管在润滑油公司、低速早燃的研究已广泛开展，但对现象的理解及其背后机理仍有待研究。本项目通过解析不正常燃烧现象、对标最新燃烧控制技术、探索不同早燃源的影响、提出早燃与超级爆震的潜在机理与可行的解决方案，为直喷汽油机热效率的不断提高奠定理论基础。

项目成员

费舒波

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宽馏分燃料设计及其低温燃烧理论研究

摘要：

汽油机排放清洁但热效率低，柴油机热效率高但排放较差。宽馏分燃料预混低温燃烧结合两种燃料和燃烧模式的优势，是实现高效清洁燃烧的一条很有潜力的技术途径。针对宽馏分燃料预混低温燃烧在全负荷范围内实现高效清洁燃烧的目标，本研究将燃料调质与新燃烧模式相融合，用预混燃烧降低碳烟排放，用低温燃烧降低氮氧化物，二者结合实现高效清洁燃烧。

主要研究内容

(1) 提出了宽馏分燃料的主要设计原则，用发动机试验证明符合该特性的宽馏分燃料能够兼顾低负荷燃烧稳定性和高负荷排放，有良好的节能减排效果。

(2) 提出了用高含氧高十六烷值的PODE调质宽馏分燃料的思路，结合预混低温燃烧和燃料含氧大幅降低soot排放，打破了压燃燃烧中NOx与soot排放的tradeoff关系。

(3) 提出基于宽馏分燃料的发动机低温燃烧过程控制理论，基于宽馏分燃料高挥发性，易于压燃的燃料特性，提出宽馏分燃料与多段预混压燃燃烧模式相结合的新型燃烧组织方式，实现了两次分时分区的部分预混燃烧，打破NOx与soot、燃烧噪声与燃油消耗率两种tradeoff关系。

(4) 提出了简化炼油工业的宽馏分燃料制备方法，包括汽柴不分馏、低辛烷值汽油混配柴油等低成本方案。

(5) 提出了通过向汽柴宽馏分燃料中添加十六烷值改进剂的方式在保持挥发性的同时提高燃料的着火性，改善其低负荷的燃烧质量。通过该方法，汽柴宽馏分燃料的十六烷值得到显著提高，低负荷工况的循环变动降低，指示热效率显著提高。

(6) 构建了同时包含汽油和柴油馏程范围内的表征燃料，并且能够反映宽馏分燃料物理化学特性的宽馏分燃料多组分简化机理，简化机理能够在保证预测精度的前提下，大量节约计算时间。

项目成员

刘浩业

任烁今

何坦瑨

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吉利甲醇发动机早燃机理和控制策略开发

[吉利合作项目No.NBF1712A00197]

摘要：

以醇、醚、酯为代表的含氧类燃料具有汽化潜热大、抗爆性好、来源广泛等优点，在清洁能源生产与利用的背景下被OEM公司与各大发动机研究机构日益关注。在含氧类燃料利用的过程中，国内在研的3M100T增压发动机出现了早燃无爆震情况，致使爆震传感器失效，不能完成发动机耐久性测试，甲醇的“爆而不震”使得实车环境下在线监测早燃等不正常燃烧变得极其困难。在相对定型的甲醇发动机上大范围调整设计布局的可能性较小，而通过现有传感器或局部采取相应措施检测早燃与降低早燃倾向是潜在途径。本项目通过校企横向合作旨在提出基于现有传感器信号的实车环境在线早燃检测方法，并分析甲醇早燃机理，解析其化学反应动力学过程，为企业设计与开发增压小排量高强化发动机提供指导建议。

项目成员

范钦灏

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插电/增程式混合动力发动机特性及建模

摘要：

混合动力汽车的推广是汽车工业实现节能减排的重要途径，而混合动力专用发动机是新一代混合动力技术的标志之一。现有混合动力汽车所搭载的发动机通常基于传统机型选配和重新标定，难以同整车构型与性能设计相匹配。同时，国内外对于混合动力系统控制策略、混合动力发动机应具备特征、测试分析方法与正向开发流程尚无统一标准。依托国家重点研发计划资助项目进一步挖掘混合动力技术的节能减排潜力，通过开展先进混合动力专用发动机的对标测试解析其控制策略，进而对专用发动机进行建模，形成特定混合动力系统构型的专用发动机设计方案，促进我国混动发动机的自主技术创新和正向开发，加速新一代混合动力技术在中国落地。

项目成员

范钦灏

王志

刘长鹏

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