柴油机本体优化对燃烧性能和排放的影响

为通过非道路国四排放法规限值,对柴油机本体进行优化,以降低发动机本体的NOx排放和PM排放。基于CFD计算,根据模拟温度场云图,保持压缩比不变,改变燃烧室喉口的形状和面容比,减少燃烧室纵向涡流强度,抑制缸内燃烧速度,降低NOx的排放。同时,通过提高共轨压力,优化喷油器的位置和凸高,让油束落在燃烧室的最佳位置,使燃油和空气充分混合并减小挤流区的燃油比例,有效减少PM的生成。根据计算最优的燃烧室、喷油器方案进行试验,与原机排放对比,NOx、PM分别降低了30%、5%,发动机本体的排放水平尽量接近T4排放水平,降低后处理系统开发难度。     

CA6113B天然气发动机电控喷射系统的设计开发

CA6113B天然气发动机电控喷射系统是针对大型柴油机而开发的实用系统。安装该系统对柴油机原机改动不大,主要是通过降低压缩比、增加供气装置、增加点火系统等工作来实现天然气单一燃料模式工作,可以很好的解决动力性、经济性和排放问题。本文论述了CA6113B天然气发动机电控喷射系统的组成、系统特点以及发动机性能匹配试验。     

某型柴油机高压共轨系统冷起动性能试验研究

以某非道路用国产高压共轨系统柴油机为研究对象,对其冷起动性能进行研究,并与带国外高压共轨喷油器的同款发动机进行对比,通过分析冷起动试验结果,对国产高压共轨ECU里喷油参数进行优化标定。最终通过试验验证,使国产高压共轨柴油机冷起动性能特别是排放性得到极大地改善。     

矿用低污染防爆柴油机的研制

针对某型煤矿井下车辆用防爆柴油机的动力不足及冒黑烟问题,本文对该防爆柴油机采用了增压和中冷等技术手段,并通过台架试验对其性能进行了研究。试验结果表明：（1）优化的防爆柴油机高速区功率增加,从1900转到2300转工况下功率远远大于原机;（2）优化后的防爆柴油机低速工况下排放得到了大幅度的降低,在1200转工况点NOx排放值降幅最大,为5.4%,CO排放与原机相差不大;（3）减少防爆柴油机提前角可使NOx排放值在各工况点都有不同程度的降低;（4）优化后防爆柴油机动力性满足整车要求,排放符合煤矿柴油机标准《矿用防爆柴油机通用技术条件》的规定,可以满足煤矿井下车辆的使用。     

车用柴油机起动性能研究

随着国家对车用柴油机排放法规的制定和强制执行，各柴油机厂为降低排放作了大量工作，开发出了许多低排放机型。但是，我们发现有些低排放车用柴油机在低温环境下起动困难，而且起动后排气冒浓烟，严重污染环境。为解决这一问题需要分析柴油机的起动过程并进行试验研究。     

柴油机气缸套的起动磨损分析

将柴油机的连续起动过程分解为4个相对稳定的阶段,建立其起动模型;基于Archard黏着磨损模型和缸套-活塞环的润滑分析,建立柴油机气缸套磨损模型;将起动模型和磨损模型结合起来,采用MATLAB进行仿真分析。以PA6-280柴油机为例,仿真计算得到冷机起动和热机起动下气缸套的磨损分布图。结果表明,冷机起动的磨损量明显大于热机起动,尤其是在上止点附近位置,冷机起动1次比热机起动10次的磨损量还要多。     

基于层次分析法的柴油机瞬态工况性能优化

采用层次分析法对一台工程机械用柴油机从怠速加速到目标工况的典型瞬态工况过渡参数进行了优化。选择合适的过度时间与烟度限值组合方案,使经济性和排放性综合较优。结果表明:以油耗和NO_X排放为优化目标,过渡时间选为10s、烟度限值+10%,油耗和烟度相比原机分别降低3.1%和12.5%,NO_X排放不变;以油耗和烟度为优化目标,过渡时间选为3s,烟度限值+10%,油耗、NO_X排放和烟度相比原机分别降低9.0%、1.4%和10.7%。     

基于EGR的高压共轨柴油机排放性能仿真研究

采用工作过程联合燃烧分析的方法,分析了EGR对TBD234共轨柴油机排放性能的影响。利用工作过程分析软件对配有EGR系统的TBD234柴油机进行建模及仿真分析,将计算结果作为初始条件对柴油机缸内燃烧过程进行燃烧计算分析,研究了不同EGR率下共轨柴油机排放特性。结果表明,随着EGR率的增加,NOx的排放显著降低,但soot生成量明显提高,燃烧过程的最高压力和最高温度降低,放热速率减小,燃烧进行变缓。当EGR率达到0.4时NO的生成量降低到原机的2.25%,但是soot的生成量几乎是EGR率为0.3时的两倍,所以在较高负荷情况下应该采用小EGR率。     

柴油机预热塞控制研究

预热塞发热体深入到燃烧室内部,通过对缸内燃油进行加热,有效地提高柴油机在低温下的冷起动性能,同时起到提高燃烧稳定性及降低排放的作用。影响预热塞工作的因素主要包括供电电压、电流、燃油油束等。     

小型非道路柴油机内部废气再循环排放性能研究

以某小型非道路电控柴油机为样机,采用峰排气凸轮实现内部废气再循环(Internal Exhaust Gas Recirculation,IEGR),通过数值模拟计算和试验研究,分析IEGR小型非道路电控柴油机的排放性能。结果表明:设计的双峰排气凸轮方案能有效实现IEGR率。排气副凸轮开启始点推迟,能使IEGR率明显降低,燃油消耗率及功率分别有微弱的下降和上升;排气副凸轮升程的增加,使IEGR率及燃油消耗率都有微弱的上升,功率略微下降;排气副凸轮工作段包角的增加,使IEGR率略微上升,油耗及功率变化甚微。IEGR结合电控喷油正时的协同优化,当IEGR方案的HC+NOx加权排放值由原机的6.722g/h降低至5.161g/h时,碳烟排放及CO排放在满足美国EPAⅣ非道路排放法规的基础上有略微增加;当IEGR方案HC+NOx加权排放值与原机相当时,燃油消耗率降低了4.2%,CO排放降低了30.7%,而碳烟排放仅微弱上升。IEGR结合电控喷油正时的协同优化具有实现整机性能优化的潜力,为IEGR技术在小型非道路柴油机上的应用提供了参考。     

船用柴油机燃烧室结构分析

为探索不同燃烧室结构对大缸径船用柴油机燃烧和排放的影响,基于原机燃烧室,新设计了6种不同形状的燃烧室,采用AVL Fire软件建立燃烧室仿真模型,并结合涡流数和均匀系数来对缸内流动、混合和燃烧过程进行数值模拟分析。结果表明：燃烧室直径和凹坑深度等参数会对缸内流动产生很大影响,凹坑深度较大的缩口燃烧室能产生较强的涡流从而改善燃烧,而浅坑的开口燃烧室的缸内燃烧状况较差。同时发现,只有在缸内涡流和湍动能都较大的情况下才能使燃烧更充分。从发动机性能和排放结果来看,缩口燃烧室G1的功率输出增加4.6%,排放与原机基本持平;直口燃烧室G4在略低于原机的功率输出下,NOx排放降低43.3%;开口燃烧室的做功能力较差。     

乙醇在涡流室式柴油机上试验的研究

利用超声波雾化系统,在一台涡流室式柴油机上进行了进气道供乙醇的试验研究。研究结果表明:超声波乙醇雾化系统,能够满足进气道供乙醇的性能要求,使柴油机燃用乙醇/柴油过程中,表现出稳定的工作性能;柴油机燃用乙醇/柴油的NOx、CO和碳烟排放比原机低,尤其满负荷时碳烟降幅较大;能量消耗率与原机基本相当,HC排放比原机高。     

HEV电加热能量对三元催化器转化效率、油耗和排放的影响

对混合动力汽车电加热型三元催化器冷起动阶段的催化过程进行了分析, 建立了适用于开发整车控制策略的三元催化器动力学模型。在此基础之上,通过对混合动力汽车运行工况的模拟,对影响三元催化器起燃的加热功率和位置等因素进行了研究,分析了电加热能量对电池荷电状态、整车油耗和排放的影响。结果表明, 混合动力汽车采用电加热方式不会造成电池过放电,能以微小的燃油消耗为代价,有效加快三元催化器起燃,提高冷起动阶段的HC/CO转化效率。     

燃油喷射参数对柴油机燃烧排放的影响

为了研究不同喷射规律和喷油提前角对柴油机燃烧排放性能的影响,采用三维流体数值分析软件AVL FIRE建立了某型柴油机的燃烧计算模型。结果表明:相较于方波喷油规律,原机喷油规律最高燃烧温度、最高燃烧压力和NO排放均较低,但Soot排放较高;随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高,燃烧初期缸内压力升高较高,适当延后喷油时刻可以降低NO排放。     

基于AVL-BOOST的船用中速柴油机性能优化

本文以6300型船用中速柴油机为例,基于AVL-BOOST软件对其性能进行了优化研究。通过建立的工作过程仿真模型,分别计算分析了三种载荷下的燃烧起始角和燃烧持续期对柴油机性能的影响,优化出燃烧起始角和燃烧持续期的最佳范围。研究结果表明:优化后的柴油机和原机相比在动力性、经济性及排放性方面得到了一定程度的改善,为柴油机性能的进一步提高和优化设计指明了方向。     

非道路柴油机不同压缩比活塞选型试验研究

针对非道路IV阶段柴油机,围绕三种活塞的选型,研究了不同压缩比活塞对发动机摩擦功、压缩压力、燃油经济性以及排放特性的影响。结果表明,压缩比越大的活塞摩擦功和压缩压力越大。额定转速和扭矩转速下,随着活塞压缩比的升高,燃油经济性存在最优点拐点,在额定转速下较为明显。压缩比越高的活塞NOx排放量越低,但烟度排放随负荷增大上升明显。     

某重型柴油机燃烧室形状研究

本文针对某重型柴油机,利用燃烧仿真软件FIRE建立了三维数值模型,根据试验数据完成数值模型标定,在原机传统ω型燃烧室形状基础上,从燃烧理论出发优化设计新的燃烧室型线方案,提出了阶梯式燃烧室方案,并完成试验验证。经试验验证,阶梯式燃烧室与传统ω型燃烧室相比,柴油机外特性油耗比降低,滤纸烟度也有较大改善,与仿真预测结果基本一致。为通过优化燃烧系统达到改善柴油机经济性、动力性及排放指标的研究提供参考。     

50装载机用柴油机开发及典型故障

为满足排放升级,增强产品竞争力,工程机械用柴油机由机械式燃油系统升级为电控高压共轨系统,并逐步增加后处理,以满足越来越严苛的排放法规要求。本文以50装载机用柴油机为例,介绍了柴油机由非道路二阶段排放升级为非道路三阶段、非道路四阶段排放的开发过程及典型市场故障、解决方案等,为其他非道路产品的排放升级提供参考。     

基于多目标优化的柴油机VNT–vEGR系统开发研究

为了在兼顾柴油机经济性和颗粒物排放的前提下,进一步降低氮氧化物(Nitrogen oxides,NO_x)排放以实现良好的柴油机综合性能,设计带文丘里管废气再循环系统的可变涡轮增压系统(Variable nozzle turbo+Venturi-exhaust gas recirculation,VNT+vEGR)。针对排气旁通阀涡轮增压(Wastegate,WG)柴油机原机,进行文丘里管废气再循环系统(Venturi-exhaust gas recirculation,v EGR)的设计和与可变涡轮增压器(Variable nozzle turbo,VNT)的匹配研究,并进行经济性、氮氧化物和颗粒物排放仿真计算研究。应用试验设计方法技术(Design of experiment,DoE)对VNT-vEGR系统进行多目标优化研究。研究结果表明,相比于配备排气旁通阀涡轮增压器的柴油机原机,对VNT-v EGR系统柴油机应用Do E进行多目标优化匹配后,欧洲稳态测试循环(European steady-state cycle,ESC)工况加权油耗值基本保持不变,氮氧化物加权排放量下降约49.5%,能够实现良好的综合性能。     

基于YC2105小型农用柴油机电控调速器控制策略研究

随着柴油机技术的发展,柴油机电子调速的控制研究越来越多,本文针对YC2105柴油机调速器在农用发动机上应用的缺陷即难以实现较为复杂的调节规律和控制功能,无法满足降低油耗、提高调节精度、减少有害排放等要求,研究了YC2105柴油机电控调速器控制策略,设计了柴油机基本喷油量、起动喷油量及怠速条件三种情况下的电控调速器控制策略。为下步实现控制模型的建立打下良好基础。