车用柴油机在不同增压系统下的燃烧过程

在较宽的转速范围内测录了增压柴油机的高压示功图，喷油系统的泵端压力，嘴端压力、针阀升程；利用内燃机燃烧过程的分析诊断软件计算了燃烧放热规律和喷油规律；应用柴油机燃烧及喷油过程特征参数的分析方法，对３种不同增压系统下柴油机的燃烧过程进行了分析。     

喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响研究

超高压共轨系统能够通过控制喷油与增压时序之间的关系,实现可调喷油速率喷射,进而影响柴油机喷油特性。为探明喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响规律和成因机理,在介绍系统数学模型的基础上,建立了超高压共轨系统的仿真模型,并利用性能试验验证了模型的准确性,分析了在不同共轨压力下,喷油与增压脉宽对超高压共轨系统喷油特性的影响。结果表明：(1)随喷油脉宽的增加,喷油速率曲线形态均近似于靴形,且大喷油速率范围占整个喷油过程的比例逐渐增大,同时,喷油开启延迟保持不变,喷油关闭延迟在喷油脉宽较小时(0.6～1 ms),增加幅度明显,而在喷油脉宽较大时(1～1.4 ms),基本保持不变。(2)随着增压脉宽增加,在小喷油脉宽条件下,喷油速率曲线形态近似于靴形,且保持不变;但在大喷油脉宽条件下,喷油速率可能会出现类似于“倒靴形”的曲线形态,这是由于在喷油还未结束时,增压装置电磁阀控制信号的关闭造成增压压力迅速下降。     

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。     

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.     

柴油机怠速循环波动特性研究

为探究不同运转参数对怠速燃烧过程的影响规律,在发动机试验台架上进行不同控制参数下的高压共轨柴油机怠速循环变动特性的实验,分析喷油提前角、冷却液温度和喷油压力对柴油机怠速燃烧循环变动的影响。结果表明:喷油定时从上止点前12°向上止点前2°变化时,缸内最大爆发压力的波动率和循环波动率在上止点前6°最低,表现为两边高中间低; 冷却液温度由30 ℃增加至80 ℃时,缸内最大爆发压力的波动率和循环波动率分别由7.64%和1.61%下降到3.47%和0.67%,有效地降低了怠速循环波动; 喷油压力从30 MPa增加到40 MPa,可以促进怠速时缸内燃料的雾化蒸发以及与空气的混合,而喷油压力过高时,燃烧重心向上止点平移,使缸内燃烧的可控性变差,各循环间的差异性增大; 稳定怠速过程中,缸内最大爆发压力和平均指示压力之间表现出很强的相关性。     

相继增压柴油机瞬态切换喷油策略

针对相继增压柴油机切换过程中存在的问题,提出了利用多目标进化算法对TBD234V12相继增压柴油机的瞬态切换过程进行优化设计.选取切换延迟时间内的循环喷油量作为设计变量,在功率和最大爆发压力的约束条件下,采用Sobol序列产生初始均匀种群,利用Pareto的非支配排序的方法对相继增压柴油机瞬态切换过程的喷油规律进行了优化,最高可以使相继增压柴油机切换过程中转速波动及碳烟排量分别降低88％和79％.通过对TBD234V12相继增压柴油机切换过程燃油喷射MAP图进行优化,达到了改善切换过程瞬态性能的目的.     

不同米勒循环方式对柴油机工作过程影响的一维模拟分析

基于柴油机的工作模型,运用-维模拟分析了进气门早关和晚关两种米勒循环形式对柴油机燃烧和排放的影响,通过改变气门正时、增压压力和喷油正时,在两种米勒循环方式下对该型柴油机在额定转速下的工作状态进行了优化。实验结果表明,推迟或者提前进气门关闭时刻可以减小压缩阶段的压力和温度,从而使滞燃期增长,但是由于缸内工质的减少,缸内平均温度和碳烟排放升高;增压压力的提高可以弥补进气损失,进气门晚关或者早关并结合提高增压压力及推迟喷油,可同时降低NOx和碳烟的排放;在保持爆发压力与原机相同时,M-50配合定爆发压力与上止点前10°CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.21%,NOx排放下降22%,碳烟下降58.1%,M100配合定爆发压力与上止点前12°CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.56%,NOx下降12.96%,碳烟下降54.75%。     

低速高压共轨柴油机喷油规律计算

针对大型低速高压共轨柴油机的燃油喷射压力高、油量大,目前没有仪器可直接测量其喷油规律等问题,提出了通过试验测量喷油压力、气缸压力以及建立喷油器模型计算喷油规律的方法.使用AMESim计算软件建立柴油机多孔喷油器模型;在RT-Flex60C型柴油机高压共轨系统硬件在环(HIL)仿真试验台上,测量不同工况下高压油管出口压力...     

两级增压流通特性对柴油机高密度-低温燃烧过程的影响机制的基础研究与进展

以高密度-低温燃烧理论体系为基础,针对两级增压柴油机流通特性对气路系统相关参数、混合历程、燃烧反应和排放生成的影响机理等基础科学问题进行研究,提出合理组织缸内高密度充量在时间与空间的不均匀分布状态,以及柴油的雾化和分布特性是改善柴油机燃烧特性与排放特性的关键,而协调超高增压技术与喷油策略、可变气门技术、EGR技术的耦合关系是重型柴油机在全工况范围内实现高效清洁燃烧的技术路线。     

柴油机电控双阀燃油喷射系统的稳定性

针对柴油机电控双阀燃油喷射系统的喷油控制问题,本文在AMESim环境中建立了电控双阀燃油喷射系统仿真模型,通过线性分析方法,得到了喷油过程中系统的状态矩阵序列。通过系统状态矩阵秩与特征值分布规律,分析了系统喷油过程中的稳定性及其影响因素。结果表明:系统状态矩阵的秩主要受溢流控制阀、针阀控制阀和针阀动作的影响;建压阶段由于柱塞压缩作用及压力波在系统高压容积内的传播、反射和叠加,系统处于非稳定状态;喷油阶段当针阀达到最大升程后,燃油流动状态稳定,且喷孔开启削弱了压力波反射与叠加,使系统稳定性有所增强;喷油结束阶段系统稳定性增强,主要原因是燃油泄流的强阻尼作用与压力波衰减。     

高压共轨柴油机喷油量修正及匹配

研究高压共轨柴油机喷油量的修正和油量匹配策略,分析喷油器加工精度差异、驱动电路差异和压力波动等对喷油量一致性的影响;采用脉宽补偿和驱动电路反馈的方法进行喷油量修正;根据不同工况,设计了共轨柴油机油量匹配策略;采用变步长分配标定节点,提高了匹配效率;在发动机台架上进行油量修正效果测试和发动机油量MAP匹配.试验结果表明:油量MAP满足发动机的运行需求,修正策略有效地改善了喷油的一致性.     

共轨柴油机电控系统若干关键技术

为了使柴油机排放能够满足国III及以上法规要求,采用电控高压共轨燃油喷射系统来精确控制喷油压力和喷油时刻,实现燃油多次喷射.研究发现,电磁干扰、喷油器老化、喷油器机械加工精度等原因会导致共轨燃油系统喷油误差,尤其是小油量喷射时的误差.通过分析共轨燃油喷射系统控制器的硬件电路和软件算法,分析喷油器的喷油延时特性.提出控制器驱动电路控制逻辑、地线抗电磁干扰方法和小油量喷油一致性自学习算法.结果表明,应用这些方法设计的控制单元能够改善喷油器抗老化性能,弥补机械加工精度对小油量喷射的影响,改善发动机排放性能.     

电控单体泵全工况喷油量波动影响参数量化分析

电控单体泵循环喷油量的波动直接影响其匹配船用发动机的工作稳定性和一致性.为研究系统各关键特性参数对循环喷油量波动的影响规律及成因机理,利用AMESim数值模型,揭示了低压供油压力、凸轮型线速率、柱塞配合间隙、控制阀杆升程、衔铁残余气隙、控制阀杆配合间隙、喷油器开启压力、喷油器针阀升程和喷油器流量系数等关键参数对循环喷油量的影响规律.通过量化分析,得出各特性参数对循环喷油量波动影响的百分比量化指标,在全工况平面内,低压供油压力为0～20.2%,凸轮型线速率为20.6%～42.0%,控制阀杆升程为4.0%～16.5%,喷油器开启压力为3.7%～49.8%,喷油器针阀升程为0～16.5%,喷油器流量系数为2.6%～40.5%;同时,揭示了全工况平面内负荷特性和速度特性下各特性参数对应的循环喷油量波动的百分比量化指标规律.对影响循环喷油量稳定性的关键特性参数进行量化分析,可为实现电控单体泵燃油喷射系统全工况平面循环喷油量的稳定性设计、提高电控单体泵和船用柴油机性能的一致性提供理论指导.     

柴油机起动测控系统的开发及初步应用

开发了基于循环的柴油机起动过程燃烧、排放测控系统。对一台单缸直喷式柴油机进行了改造,匹配了电控燃油喷射系统,能够实现燃油喷射量及喷油定时的调节。利用瞬时转速、缸压分析了起动过程燃烧组织的优劣,利用单循环采样系统研究起动过程中气体排放物的变化历程。试验结果表明:该系统能够满足柴油机起动过程研究的需要,为研究柴油机起动过程提供了一种有效的测试手段。     

甲醇喷射定时对甲醇柴油双燃料压燃式发动机性能的影响

将甲醇作为主燃料,用柴油作为点火燃料,研究了不同甲醇喷射定时对压燃式发动机性能的影响。结果表明:引燃柴油在上止点前21℃A喷射条件下,在上止点前23℃A喷射甲醇时发动机的经济性最佳,缸内的统计最大压力在小负荷时随着甲醇喷射定时提前而降低,在大负荷时随着甲醇喷射定时提前而提高。双燃料发动机的最大压力标准方差随着甲醇喷射定时提前而增大,在上止点前26℃A喷射甲醇时发动机的动力性最佳,气缸内压力波动随甲醇喷射定时提前而变大,当在上止点前29℃A喷射甲醇时点火柴油不能把甲醇燃料可靠点燃。     

天然气制油/柴油混合燃料对小型柴油机燃烧特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统,研究了GTL(Gas to liquid)添加比例对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下燃烧特性的影响规律。结果表明:在稳态和恒转速增转矩瞬态工况下,GTL添加比例对燃烧参数的影响具有基本相同的规律,随着GTL燃料添加比例的增加,着火始点提前,滞燃期缩短,预混合燃烧期和预混合燃烧量减小,缸内压力峰值、放热率峰值、燃烧温度有所降低,有利于降低NOx的排放量和燃烧噪声。当添加少量GTL燃料时,燃烧持续期延长,随着GTL添加比例的增加,燃烧持续期有所缩短。100%GTL燃料的燃烧持续期与柴油相当。     

喷油器特性参数对YC4F50柴油机排放特性的影响

通过对玉柴YC4F50自然吸气式柴油机的8工况(EPA)排放特性的试验研究,分析喷油器的孔数、孔径、伞状喷雾锥角以及油线落点高度对排放特性的影响。实验表明:在喷射压力不变的条件下,伞状喷雾锥角为155°时的落点标准方差较150°的小,油线沿燃烧室周向等弧长均匀分布程度较好,8工况排放特性好;适当增大喷油器的孔径可提高油气混合均匀程度,提高燃烧效率,降低PM、HC、CO排放值;6孔喷嘴较之5孔喷嘴有着较低的PM、HC、CO排放,NO_x有所上升,比油耗基本不变。通过试验最终确定采用6×0.17-155°的喷嘴匹配YC4F50柴油机,获得了良好的排放与经济性能。       

双燃料直喷式柴油机燃烧模型及性能预测

本文探索了一种适合于甲烷柴油双燃料直喷式柴油机的燃烧模型,用含有14种化学成份的32个化学反应方程来模拟稀薄和接近理想甲烷氧气混合比时的燃烧过程。计算和实测结果表明,此模型能较满意地预示双燃料柴油机的性能,又为设计和研制新型双燃料柴油机提供有价值的信息。     

基于热力循环模拟的喷油器匹配计算

在进行某多缸直喷式柴油机喷油器选型时,提出将喷油过程仿真程序HYDSIM和热力循环模拟软件BOOST耦合分析的方法.建立了柴油机喷油过程和工作过程联合仿真模型,进行了喷油过程和工作过程的模拟分析,得出了喷油嘴的优选方案,并进行了试验验证.结果表明:利用所选方案可使柴油机的性能得到改进;所提出的喷油器选型耦合仿真分析方法是可行的,该方法具有一定的工程参考价值.     

新型多种燃料高速直喷柴油机的结构和性能研究

传统直喷式高速柴油机对燃油的各项性能有较高的要求。本文在分析了燃油特性与柴油机相互适应性的基础上,对一种新型燃烧多种燃油的高速直喷柴油机的结构特点和性能进行了研究,研究结果表明:该柴油机采用轴针式喷油器、铰接式铸铁活塞、高温机油局部冷却、双热区燃烧模式、废气涡轮增压中冷等结构,能有效地燃烧多种燃料。燃烧植物油时获得了与燃烧柴油时同样好的综合性能指标。