进气阻力和排气背压对增压中冷柴油机性能影响的试验研究

良好的进、排气系统是保证柴油机正常工作的前提。在进排气系统中,进气阻力和排气背压是分别用来衡量进排气系统优劣的2个重要指标,所以在柴油机进排气系统设计过程中必须控制合理的进气阻力和排气背压,否则会造成柴油机性能恶化。通过柴油机台架试验,分别改变进气阻力和排气压力来研究进气阻力和排气背压对增压中冷柴油机动力性和经济性的影响。试验结果为进气系统和排气系统的优化设计提供依据。     

柴油机排放颗粒物试验研究

为了适应国六阶段柴油机排放的要求,对某柴油机进行排放颗粒物台架试验,研究和测试进气相对湿度、进气阻力、排气背压、介质温度等参数对排放颗粒物的影响,并用同一台样机验证试验的有效性,试验结果表明:进气阻力、排气背压、介质温度3个参数对试验结果有一定影响,其中排气背压对试验结果影响较大,进气相对湿度对柴油机排放颗粒物排放基本无影响。研究成果有助于对减少柴油机颗粒排放的研究、设备故障的排查和管理。     

特殊背压下高增压柴油机增压器匹配性能研究

基于GT-power搭建了某高增压柴油机一维仿真模型,并通过试验数据对模型进行标定。利用该模型计算分析了柴油机在不同排气背压下的性能,利用计算结果配合试验,分析了排气背压高且波动范围大工况下的压气机和涡轮的匹配。研究表明:背压升高会导致柴油机性能恶化,通过增压器的合理匹配可以实现高排气背压柴油机功率的恢复,稳态工况下可以恢复至59.8%,背压波动工况可以恢复至66%;高排气背压工况应提高压气机低压比区域的效率和流量,并适当控制高压比区域的压比;涡轮喷嘴环流通面积对性能影响较大,过大或过小均不利于功率恢复,通过选择合适的涡轮,可使功率恢复提升10.9%;柴油机性能参数随排气背压波动做规律波动,但存在一定的延迟,波动的幅值与该性能参数的迟滞时间负相关。     

进排气系统的阻力对车用柴油机性能影响的研究

本文对一台车用柴油机的进气系统的进气管长度、进气阻力以及排气阻力等主要参数进行了详细的研究。结果表明,一定长度的进气管可以获得最佳发动机综合性能,过长或没有进气管对发动机的性能都不利。研究结果还表明,进气阻力要比排气阻力对发动机性能的影响大。本研究的结果对发动机的优化匹配、进排气系统的参数选择以及故障诊断都具有一定的参考价值。     

进排气压力对增压对置活塞二冲程发动机的影响研究

针对对置活塞二冲程发动机结构特点和性能匹配试验的需求,建立了复合增压对置活塞二冲程柴油机的一维仿真模型,根据试验数据对原机仿真模型进行校核。考虑进排气压力差对直流扫气有较大的影响,通过该仿真模型模似了排气压力一定时,进气压力对捕获率、捕获量和比燃油消耗率的影响规律,以及保证给气比一定,排气压力对比燃油消耗率、压差和捕获空燃比的影响。从仿真结果可知:进气压力对比燃油消耗率的影响较大,给气比每提高0.02,比燃油消耗率(从低速到高速)分别最多增加0.7%、1.3%和1.8%;三个工况下,排气背压在160kPa~170kPa之间时比油耗最小。     

高背压环境船用柴油机电辅助增压功率恢复

针对柴油机在水下高排气背压环境工作时功率下降问题,开展基于电辅助增压（electrically-assisted turbocharger,EAT）的功率恢复方法研究。构建高背压柴油机的性能预测模型并进行试验验证。对多种拓扑结构的电辅助增压方案进行对比研究,结果表明：电辅助增压拓扑结构选型和匹配优化主要受主增压器运行范围的制约。串联低压级电辅助方案能够优化柴油机高背压适应性,实现高背压工况较高的功率恢复水平。在0.135 MPa背压工况下可恢复至原机功率的90.9%,0.165 MPa工况恢复至88.1%,0.185 MPa工况恢复至84.9%。     

Z12V190B柴油机背压特性的试验分析

柴油机背压特性的优劣对于某些有背压要求的柴油机和排气消声器的设计至关重要。本文对Ｚ１２Ｖ１９ＯＢ柴油机不同工况下的背压特性进行理论分析并提出改善背压特性的途径。     

高背压柴油机涡轮增压器匹配设计试验

利用GT-POWER软件建立柴油机原机的一维性能仿真模型，基于标定后的模型修改涡轮喷嘴环直径，在高背压条件下进行涡轮和压气机初步选型，根据选型结果开展不同涡轮和压气机组合下的性能优化匹配试验。结果表明：EF06涡轮与HF11压气机的组合在典型排气背压工况下最大可持续功率可达1 665 kW，所对应的喘振裕度不低于15%。该结果证明了涡轮增压器匹配仿真及试验方法的正确性和有效性。     

大型低速柴油机配气相位的优化计算

利用AVL公司的BOOST软件建立了某大型低速二冲程柴油机的工作过程仿真模型,在三种不同的负荷工况下,分别对排气提前角、排气迟闭角和进气正时进行了计算和分析,得到了不同工况下的最佳值,用正交试验法选出一组最佳配气相位角度。最后对优化前后柴油机的性能进行了对比分析,结果表明,优化后该柴油机的性能得到了改善。计算结果为柴油机的改进和优化提供了理论依据。     

两级涡轮增压对轻型柴油机性能影响的试验研究

在某轻型柴油机上设计了两级涡轮增压系统,进行了匹配两级涡轮增压的试验研究。研究结果表明,在较低转速高负荷工况,废气全部流经高压级增压器可以改善经济性,在较低转速低负荷工况,将进气旁通阀和废气旁通阀全开能够减小排气背压和进气节流损失,降低比油耗;在较高转速,进气旁通阀和废气旁通阀全开的经济性更好。经济性优化情况下,两级增压相对原机单级增压可以明显降低低速段和高速段的比油耗,外特性低速段的比油耗最大降幅达到21 g/（kW.h）,标定转速也降低了10.5g/（kW.h）,发动机的万有特性经济运行区明显变宽。     

Investigation on performance of a compression-ignition engine with pressure-wave supercharger

Pressure-wave supercharger (PWS) is a technical way to raise engine intake pressure. In this research, a compression-ignition (CI) engine is boosted by COMPREX PWS and the performance of the engine was tested. In order to improve the power of the PWS diesel engine, the Grey Relational Analysis was completed. The analysis results show that two factors, the intake air flow and the exhaust gas temperature, have the most important influences on the PWS engine power. Thus the volume of the intake manifold is enlarged to increase intake air flow while the exhaust manifold is wrapped by asbestos with an iron cover to preserve the high exhaust gas temperature. Consequently, the final experimental results show that both the power and the torque have been built up as well as excellent fast response to various load. Together with experimental test, the Computational fluid dynamic (CFD) simulation was completed based on a three-dimensional (3D) model of the PWS rotor channel. The CFD simulation shows that the inner exhaust gas recirculation (EGR) phenomenon happens especially at middle PWS rotational speed with 30% of full load. The test results demonstrate that the PWS diesel engine performs better with less NOx and soot emissions.     

增压柴油机实现废气再循环（EGR）系统的模拟计算研究

研究了涡轮增压柴油机使用废气再循环（EGR）面临如何在高负荷时以较低的成本和副作用获得降低NOx排放所要求的再循环废气量,提出了利用进排气压力波动实现涡轮增压柴油机废气再循环的单向阀、旋转阀和EGR短管3种EGR系统。模拟计算结构表明,采用上述3种EGR系统在高负荷甚至全负荷时,都可获得较大的EGR量。     

SOFIM柴油机气波增压研究

将SOFIM涡轮增压中冷柴油机改造成气波增压中冷柴油机。匹配气波增压器的柴油机需重新设计进、排气管，根据气波增压的要求，采用进气均匀性更好、总管容积更大的进气管及中央出口渐扩式排气管，采用变频电机优化增压器转子与曲轴间的传动速比，使得在整个发动机工况内均能实现较高的增压比。试验结果表明，气波增压柴油机的动力性和排放性能在低转速下优于原机，在中高转速下比原机差，通过设计容量更大的进、排气管及进一步优化速比可改善气波增压柴油机在高工况下的性能。     

某8缸中速柴油机冷却系统三相流固耦合传热分析

对某柴油机8缸整体冷却水套进行绝热流动模拟,得到冷却效果最差的一个缸及冷却液的流动边界条件;对该缸进行单缸气缸盖-冷却水套-气缸套流固耦合计算,得到了缸盖和缸套温度分布及水套流动及温度场情况;对该缸加入进、排气进行气-液-固三相流固耦合分析,得到缸盖温度场和水套温度场情况,与不考虑进、排气的情况以及与试验测得的工程数据的比较表明:考虑进、排气时的模拟结果更加接近试验值,说明该方法更符合实际情况。     

基于欧VI排放标准的中型柴油机排气热管理试验研究

尾气后处理的转化效率受排温影响,而柴油机中低负荷下排温较低,难以满足要求。以某中型柴油机为对象,针对影响排温的进气节流阀(IAT)、电控废气旁通阀(EWG)和排气背压阀(EAT)进行了中低负荷稳态点控制策略的试验研究。试验结果表明:在满足低排放和低油耗的前提下,仅靠单一排气热管理措施难以提高排温,须两种或两种以上措施合理匹配,共同作用。基于此,提出了可行的排气热管理方案,并在WHTC测试循环下验证了该方案可使试验柴油机在保证经济性和排放的变化在可接受范围内,满足排温要求。     

双燃料发动机天然气逃逸的仿真研究

以Z6170型柴油机改造后的进气总管喷射进气柴油/LNG双燃料发动机为研究对象,在Fluent软件环境中,运用动网格技术模拟气门重叠期天然气逃逸过程,定量分析转速、进气提前角和排气迟闭角对双燃料发动机气门重叠期天然气逃逸的影响。仿真结果表明:进气总管喷射进气双燃料发动机气门重叠期存在天然气逃逸现象;在其他条件相同的情况下,发动机转速升高,一个工作循环内气门重叠期CH_4逃逸量减少;气门重叠角大小对气门重叠期CH_4逃逸的影响最大,特别是进气提前角影响尤为突出。     

基于CAE和单缸机试验的大功率发动机整机性能开发

为减少研发成本、缩短开发周期,采用CAE和单缸机试验相结合的整机开发技术进行大功率发动机的整机性能开发.首先对整机进行热力学计算,初步确定配气定时和增压匹配方案.在此基础上建立单缸机计算模型以及单缸机试验台进行开发试验,在单缸机上完成了供油系统以及燃烧室结构的优化,并根据单缸机实测的数据对计算模型进行修正和标定,进而可以更为准确地指导整机的性能开发.在介绍这一研制开发方法和装置的基础上,重点介绍采用其进行的大功率柴油机进、排气系统的设计开发和参数优化工作.     

排气参数对水下排气柴油机防倒灌的影响

通过数值模拟方法研究了船用柴油机排气温度与排气背压变化对水平布置排气管内气液两相逆流特性的影响。结果表明在相同排气量下,排气温度升高会使水倒流减弱,也即降低水倒灌发生风险;排气背压增大会使水倒流增强,即增大水倒灌发生风险。除排气速度外,排气的密度、黏度等物性参数也对水下排气管内发生水倒灌具有重要影响。因此在柴油机排气系统设计中,需考虑排气参数波动对防倒灌的影响;在基于Wallis数的防倒灌设计准则中,需进一步考虑排气黏性对完全携带点的影响。     

正丁醇/柴油发动机燃烧排放特性及喷油、燃烧室形状影响

针对某型号直喷柴油机,建立了该柴油机中单缸完整燃烧室及气道三维模型,使用三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)分析软件CONVERGE对其进行模拟计算,研究了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧排放的影响。结果表明:随着正丁醇掺混比例的提高,峰值缸压、滞燃期和燃烧速度均呈递增趋势,碳烟及CO排放量逐渐减少,NO_x排放量小幅增加。为了进一步改善缸内燃烧情况和降低污染物排放,对正丁醇掺混时喷油策略、燃烧室几何形状的综合影响进行了研究,结果表明:掺混时多次喷油及采用合适的燃烧室模型可以有效改善掺混后缸内油气混合情况,增加缸内湍动能强度,进一步降低碳烟排放量。与纯柴油工况对比,掺混并采用多次喷油策略后碳烟排放明显下降,且通过掺混能够有效简化喷油策略,但弱化了燃烧室形状对碳烟排放量的影响。