基于小型柴油机多喷油参数协同优化的试验研究

针对一款1.06 L非道路三阶段排放的卧式柴油机,以非道路四阶段稳态排放循环8个工况为基础,展开油轨压力、喷射正时、预喷—主喷间隔、预喷油量4个参数单因子变化和多因子协同变化对柴油机油耗和排放影响的试验研究。利用参数扫描法进行比油耗和NO_x等排放的多目标优化,使发动机排放达到非道路第四阶段法规的要求。通过分析各喷射参数对油耗和排放的敏感性,获得产品优化提升的指导方案。研究结果表明：喷射正时和轨压对柴油机有效燃油消耗率、NO_x排放及CO排放的影响较大,对碳氢化合物（HC）排放影响较小。预喷—主喷间隔和预喷量对燃烧热效率和CO排放影响较大,对其他排放影响微弱。合理设定轨压和喷射正时的标定组合,可获得最佳的NO_x排放与油耗的折中关系。此外,预喷可以有效降低HC排放。多参数协同优化后的8个工况排放加权结果为：颗粒物（particular matter, PM）排放为0.09 g/（kW·h）,HC+NO_x排放为4.17 g/（kW·h）,CO排放为1.46 g/（kW·h）,实现了产品优化升级并达到了“非四”排放法规的要求。     

水冷中冷器对非道路移动机械用柴油机性能的影响

为研究进气特性对非道路移动机械用柴油机动力性能及排放的影响,建立某柴油机系统一维仿真模型,结合柴油机试验数据对该模型的污染物排放与动力输出进行分析。通过台架试验验证模型的可靠性,并分析不同进气温度对整机的影响。试验结果显示：进气温度对柴油机性能有显著影响;使用水冷中冷器能够有效提升柴油机性能,并抑制碳烟与NO_x的生成,使非道路移动机械能够满足更严格的排放标准。     

工作环境对自然吸气柴油机性能影响仿真

基于CY4102BG四冲程自然吸气柴油机,利用GT-POWER一维仿真计算软件建立柴油机工作过程仿真模型,研究高原和水下工作环境对柴油机性能的影响。仿真结果表明：随着海拔的增高,柴油机有效功率有所下降,NO_x排放上升,排气温度增加;随着水下排气背压的增高,柴油机有效功率下降,NO_x排放显著上升。针对柴油机在非标况环境下NO_x排放性能的恶化,通过调节喷油参数来优化柴油机综合性能。经优化,在不同工作环境下柴油机NO_x排放降低7.3%~21.4%,优化效果较为明显。     

基于废气再循环的防爆柴油机清洁燃烧技术

针对某型煤矿用防爆柴油机NO_x排放物污染严重、危害大的问题,分析防爆柴油机的燃烧过程,建立燃烧数学模型。通过流体仿真分析软件对基于废气再循环系统的防爆柴油机的清洁燃烧过程模拟仿真并进行台架试验。试验结果表明：在8种工况下加装废气再循环的系统在优化后的废气再循环开度下防爆柴油机CO排放加权平均值为0.004 5%,与未加装废气再循环的系统相比体积分数增加0.004 5%;加装废气再循环的系统在优化后的废气再循环开度下防爆柴油机NO_x排放加权平均值为93.35×10^-6,与未加装废气再循环的系统相比降低56.17%,采用废气再循环的系统对降低防爆柴油机的NO_x排放效果明显。     

国六柴油机轨压和喷油正时对柴油机性能的影响

为优化柴油机性能,基于一台配备了完整国Ⅵ后处理系统的高压共轨直列4缸柴油机,开展了柴油机负荷特性研究,在此基础上研究轨压和喷油正时对柴油机性能的影响。研究结果表明：以适当较小的轨压配合较为提前的喷油正时可以达到较为理想的柴油机油耗及排放;轨压和喷油正时对HC排放的影响较小;轨压对柴油机油耗、排温、NO_x排放、CO排放的影响较大,且在中等偏高负荷时更为敏感,随着轨压增加了57 MPa,柴油机油耗、排温分别下降了16.1 g/（kW·h）、63 ℃,NO_x排放上升了663×10^-6,CO排放下降了785×10^-6;喷油正时对烟度及柴油机氧化催化器前端温度T₄、柴油机颗粒捕集器前端温度T₅、选择性催化还原系统前端温度T₆的影响较大,且在低负荷时更为敏感。随着喷油正时提前6.0°,烟度下降了0.43%,T₄、T₅、T₆峰值出现在轨压为76 MPa且喷油正时为上止点前7.5°时,温度分别为315.3、338.4、329.3 ℃。     

国六重型柴油–液化天然气车实际道路排放特性研究

利用便携式排放测试系统（portable emission testing system, PEMS）分别对4辆典型重型柴油车和4辆典型重型液化天然气（liquefied natural gas, LNG）车开展实际道路排放测试,并利用功基窗口法与行程平均法分析其实际道路NO_x、CO、CO₂和颗粒数量（particulate number, PN）排放特性。结果表明：排放后处理技术路线能够有效控制国六重型柴油车在实际道路工况下的NO_x、CO和PN排放;但LNG车的CO排放存在超排放限值的风险,部分LNG车存在NO_x排放超过限值的现象,而PN排放则存在较大不确定性,部分LNG车的PN排放较高。在碳排放方面,LNG车实际道路CO₂比排放较柴油车降低6%~18%,有较为明显的减碳优势。     

柴油-甲醇组合燃烧技术在发电机组产品开发中的应用

对一台增压中冷柴油机进行改装,使其采用柴油-甲醇组合燃烧（Diesel-Methanol Compound Combustion,DMCC）方式运行。发动机台架以及装机运行试验的结果表明：发动机的双燃料模式平稳、可靠,动力性与原纯柴油相同,调速特性满足机组使用要求;与纯柴油相比,双燃料模式的燃料经济性在中高负荷时显著提升,在低负荷时较低;双燃料模式下的碳排放比在纯柴油工况下的碳排放降低约11.4%,PM和NO_x排放明显低于纯柴油模式,NO_x排放需要进一步优化;全工况下CO和HC排放量均大幅增加,所以为满足法规需要加装后处理系统;按照机组视在功率为300 kW运行时,双燃料模式的燃料经济性改善14.5%,大幅度降低发电成本。     

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。     

船用低速柴油机低压SCR系统台架试验研究

结合船用低速柴油机的技术特点设计了低压SCR系统并开展了台架试验研究。试验结果表明:所设计的SCR系统NO_x减排效果明显,NH₃逃逸量较小,满足相关法规要求;柴油机在加装SCR系统后排气压力损失满足设计要求,且对燃油消耗率影响较小。     

低负荷工况下城市类重型柴油车的实际道路排放特性研究

应用便携式排放测试系统（portable emission measurement system, PEMS）,对3辆不同类型的城市类重型柴油车分别进行实际道路行驶排放测试。试验车辆包括：邮政车、垃圾自卸车、小学专用校车。对于处在不同负荷段的数据进行分类整理,分析车辆在低负荷工况下不同负荷段的CO、NO_x、颗粒物数量（particulate number, PN）的排放占比和比排放结果,并结合功基窗口法分析NO_x的排放特性。试验结果表明：在低负荷工况时,尤其是负荷率处于0~20%的阶段,CO、NO_x、PN的排放量占比分别达到72%~86%、60%~87%、52%~88%,且CO、NO_x、PN在低负荷阶段的比排放高于或接近国六排放限值。     

柴油机燃烧室结构与喷嘴优化匹配对燃烧与排放的影响

基于快速混合燃烧技术,用试验和数值模拟的方法对某型柴油机的燃烧系统进行了优化。在转速为1 800 r/min的全负荷工况下的研究结果表明：浅ω燃烧室匹配多孔喷油嘴,高压过程指示功比原机高7.65%,NO_x和碳烟排放分别比原机增加约10%和降低约80 %;碰撞分流燃烧室匹配传统多孔喷油嘴,高压过程指示功比原机高7.04%,NO_x和碳烟排放分别比原机降低约10%与60%;浅ω燃烧室匹配交叉孔型高扰动喷油嘴,高压过程指示功比多孔喷油嘴的高0.43%,能够进一步提高燃油经济性。     

基于国产ECU的非道路发动机控制策略软件开发

为满足非道路国四阶段排放法规要求,结合非道路市场个性化行业属性需求,自主构建了适用于非道路发动机匹配的电控单元(ECU)硬件平台与ECU软件平台。在成熟国产ECU硬件基础上,对标国际主流规范设计应用层软件分层架构,基于标准接口进行应用软件自主集成开发;软件策略主要开发燃油系统、进排气系统、选择性催化还原/颗粒捕集(SCR/DPF)控制等功能,同时完成非道路定制化整车功能开发。进行了硬件在环(HIL)测试与发动机台架验证,结果表明,软件功能满足非道路国四阶段排放法规、后处理控制及诊断的控制需求。通过国产定制开发ECU,实现非道路电控系统自主开发。     

新型燃油系统在船用柴油机降排放中的应用

针对降低船用柴油机NO_x排放的同时降低技术改造成本的要求,提出了一种新型燃油系统,即调压孔式喷油泵和交叉喷孔油嘴结合的燃油喷射系统。试验验证表明:该新型燃油系统可实现靴形喷射规律并改善燃油雾化,NO_x排放大幅降低。     

氢气直喷对发动机燃烧及排放性能的影响

基于一台高压直喷汽油机,将汽油直喷喷射器替换为氢气直喷喷射器,试验研究了发动机燃用氢气与汽油时的燃烧和排放特性差异。采用空气稀释,进一步分析了氢气发动机稀薄燃烧模式下热效率提升潜力及氮氧化物排放特性,明确了氢气燃料对发动机燃烧及污染物排放的影响规律。结果表明,当量燃烧模式下,相比汽油发动机,氢气发动机的燃烧持续期明显缩短,有效热效率降低,NO_x排放升高,CO及总碳氢（total hydrocarbon, THC）排放显著降低。提高氢气发动机的过量空气系数有助于改善有效热效率。在中等负荷工况下,过量空气系数为2.7时有效热效率可达43.5%。增大过量空气系数,氢气发动机能够在保持较高燃烧稳定性的情况下显著降低NO_x排放。在低负荷工况下,当过量空气系数大于2.3时NO_x排放最低可降低至44×10^-6。     

汽油压燃发动机燃烧特性和污染物排放的试验研究

基于一台2.0 L柴油发动机,在1 500 r/min、平均有效压力（brake mean effective pressure, BMEP）0.4 MPa~0.9 MPa工况下进行了汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）和柴油压燃（diesel compression ignition, DCI）的燃烧和原始污染物排放的对比研究。此外,基于6个全球轻型车统一测试循环（worldwide harmonized light vehicle test cycle, WLTC）聚类工况点,进行了三元催化器（three-way catalyst, TWC）和稀燃NO_x捕集器（lean NO_x trap, LNT）或被动选择性催化还原器（passive selective catalytic reduction, PSCR）组合的污染物后处理方案的研究。研究结果表明：在负荷较低时,由于油气过度混合,缸内温度低,GCI的有效热效率低于DCI。随着负荷的提高,相比DCI,GCI的热效率明显改善,有效热效率最多提升至约43.0%。不同负荷下,相比DCI,GCI的NO_x排放略微下降,碳烟烟度（filter smoke number, FSN）显著下降;相比DCI,GCI的CO排放和HC排放在低负荷时大幅提高,但随着负荷提高,GCI的CO排放和HC排放与DCI的差距减小。基于某款车型实际测试的WLTC循环的6个聚类点对NO_x、HC、CO污染物排放的后处理进行评估,GCI发动机采用TWC+LNT/PSCR的后处理方案在满足国六b排放法规方面具有一定的潜力。     

柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料匹配催化型颗粒捕集器的排放特性研究

使用柴油和聚甲氧基二甲醚（polymethoxy dimethyl ether, PODE）混合燃料进行了柴油机催化型颗粒物捕集器（catalytic diesel particulate filter, CDPF）的排放特性试验,研究分析了添加PODE对CDPF的过滤效率及CDPF前后端NO_x、CO₂和颗粒物排放变化的影响。结果表明：加入PODE提高了CDPF对颗粒物的过滤效率,使用90%体积分数的柴油与10%体积分数的PODE掺混（D90P10）可使CDPF的平均过滤效率提高3.6%。CDPF对核态颗粒物的过滤效率低于86.39%,CDPF对聚集态颗粒物的过滤效率高于91.32%,CDPF对核态的过滤效率低于聚集态。CDPF对不同粒径颗粒物的过滤效率不同,且随颗粒物粒径的增加而增加。两种燃料下,通过CDPF后的颗粒物的几何平均直径（geometric mean diameter, GMD）均减小,NO_x排放降低,CO₂排放增加。     

船用中速柴油机预测模型的自动标定与优化

为解决柴油机预测模型参数过多导致的标定困难问题，采用遗传基因算法对搭建的船用中速机DIjet预测燃烧模型进行智能标定。借助最大缸内压力以及对应的曲轴转角快速完成缸压曲线标定，相较于传统手动标定，标定时间可缩短到几十分之一。在进行柴油机整体功率验证后，对NO_x排放进行标定，形成一套简便可行的智能标定流程。在完成标定的模型上进行NO_x排放及有效燃油消耗率（brake specific fuel consumption，BSFC）优化，在考虑两者不同权重系数的情况下得到更优的帕累托前沿面。     

喷油正时对某电控柴油机性能的影响

基于某电控柴油机研究喷油正时对喷油规律、缸内燃烧放热规律及整机性能的影响。分析表明：喷油正时对油管压力影响较小,对喷油器启喷压力影响显著;在一定范围内喷油正时的变化对柴油机各项性能均有稳定、有限的影响,其中对碳烟、NO_x排放的影响最为明显。确定合理的喷油正时应兼顾整机的排放性能及常用工况的燃油经济性。     

非道路用柴油机国四排放升级技术分析

介绍了非道路用柴油机国四技术路线,并对非道路用柴油机排放升级技术进行分析。     

满足EPA第Ⅳ阶段排放限值风冷柴油机的开发

介绍了为满足美国非道路柴油机EPA第Ⅳ阶段排放法规要求,F292风冷柴油机进行排放和功率提升所采取的技术措施和技术路线.