基于喷孔布置及喷射参数协调控制的双直喷发动机燃烧及碳烟排放特性研究北大核心CSCD

通过建立三维计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)柴油/天然气双直喷模型耦合多组分混合物简化化学动力学机理及现象学碳烟模型,模拟研究了天然气射流中心轴线与水平方向夹角α、天然气喷射持续期(natural gas injection duration,NID)的协调作用对柴油微引高压直喷天然气发动机燃烧过程及碳烟生成、氧化过程的影响。结果表明:缩短NID可提高扩散火焰的传播速度,增加燃烧区域的化学反应速率,且最高燃烧压力、峰值放热率、最大压力升高率(maximum pressure rise rate,MPRR)、指示热效率(indicated thermal efficiency,ITE)升高;随NID缩短,A_(4)、C_(2)H_(2)消耗反应速率增加,OH生成峰值增加,碳烟生成降低而氧化增强。增大α促进了大尺度涡旋结构的生成,降低了进入挤气区域的燃料比例,同时利于ITE的改善;较短的NID下,增大α后最高燃烧压力、峰值放热率提升明显;α增大至20°可显著降低A_(4)、C_(2)H_(2)生成峰值,抑制碳烟成核及表面生长反应,降低碳烟生成。综合考虑最高燃烧压力、ITE、MPRR及碳烟排放,确定两个优化方案分别为:α=15°&NID=16.5°及α=20°&NID=21.5°。     

二级增压重型柴油机排放和燃烧特性的试验研究

在一台电控高压共轨柴油机上进行二级增压优化匹配,并以单级增压作为对比基准,分析了不同工况下二级增压柴油机的性能、排放与燃烧特性,研究了进气温度对其的影响。试验结果表明:相对单级增压,柴油机二级增压后低速外特性扭矩达到1 170N.m,烟度与燃油经济性改善幅度分别为99.3%和13.4%;二级增压能够提高EGR的引入能力,减小进气节流损失,并可显著改善中低转速、高负荷时NOx与烟度和燃油消耗率之间的平衡关系;在压气机特性图中二级增压柴油机的运行线远离喘振边界线;在各个工况下,进气温度升高使NOx比排放快速增加,导致柴油机NOx与烟度之间的平衡关系变差。     

赫姆霍兹共振消声器结构参数对消声性能的影响

推导基本传递矩阵建立数学模型,运用Matlab编制程序,仿真计算赫姆霍兹共振式消声器的插入损失随频率、结构参数变化的三维图.仿真结果表明:消声器共振腔体积、主管道截面积等结构参数分别对消声器共振频率和消声量有着重要影响,且对消声器设计及改进有着重要的指导意义.     

掺混PODE对DOC+CDPF氧化及再生特性的影响

在高压共轨柴油机上研究了使用掺混20%聚甲氧基二甲醚的柴油(D80P20)对搭载柴油氧化型催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)的后处理装置(DOC+CDPF)的影响,包括小负荷时的低温氧化特性和大负荷时的颗粒物加载和再生特性.研究表明:小负荷工况下在1400~2000 r/min内,DOC和DOC+CDPF对柴油排放的CO转化效率平均分别高达70%和90%,而对D80P20排放的CO转化效率则仅近19%和36%,燃用柴油时DOC和CDPF后端的排气升温现象较为明显,低温氧化特性优于D80P20;在大负荷低速工况下,燃用D80P20时,DOC前/后两端排气氧质量分数以及NO2排放均明显高于柴油,但CO原始排放和不透光烟度显著低于柴油.因而DOC+CDPF对D80P20的CO、PM氧化放热量较低,DOC后端温升明显低于柴油.此外,大负荷下DOC+CDPF对D80P20排放的CO净化效率和PM氧化再生效率高达近100%,DOC+CDPF前/后端压差峰值仅是柴油的1/3,其可显著降低CDPF的堵塞风险,减少主动再生频率.     

高原环境下柴油机可变两级增压协同主喷定时的工作过程模拟

以两级增压柴油机为研究机型,采用GT-Power构建其一维热力学仿真模型,对比模拟研究了柴油机采用两级增压(two stage turbocharger,TST)和可变两级增压(regulated two stage turbocharger,RTST)的变海拔(0km、2km、4km)工作特性。模拟结果表明:针对发动机外特性,不同两级增压系统高压级压比随海拔升高而增加。相比TST增压系统,高原环境下(2km、4km),RTST增压系统能够保证更高的进气流量及空燃比,抑制柴油机高原限扭,同时降低有效燃油消耗率。随着海拔升高,TST及RTST涡前温度及传热能均出现不同程度的升高;但RTST涡前温度及传热能升高幅度相对较低。低海拔(2km)下,NO_x比排放随海拔升高呈增加的趋势。高海拔(4km)下,可变截面涡轮增压器(variable geometry turbocharger,VGT)开度减小及推迟主喷定时,进气流量及空燃比增加。随着VGT开度增加及主喷定时推迟,涡前温度升高。传热能随VGT开度增加先减小后升高,随主喷定时推迟而减小。NO_x比排放随VGT开度的增加而减小,随主喷定时的推迟减小幅度较小。较早的喷油定时(-7°～-4°)协同合理的VGT开度(0.3～0.5)有利于减小有效燃油消耗率(BSFC)与NO_x比排放的折中关系。     

灰分对柴油机颗粒物捕集器性能的影响

为了降低灰分对柴油机颗粒物捕集器(DPF)性能的影响,建立了DPF灰分和碳烟的数学模型,研究了灰分量、碳载量和灰分分布形态等多个因素对多种DPF性能的影响.结果表明:非对称孔结构(ACT)DPF增加了进/出口孔径比例有利于降低压降,但不利于捕集效率的提高;碳烟层的捕集效率高于灰分层,对称结构捕集效率高于ACT结构,低孔隙率捕集效率高于高孔隙率;灰分分布系数增加,DPF压降和捕集效率均上升,灰分分布系数对ACT结构DPF的影响小于对称结构;ACT结构有利于提升DPF容灰能力,延长清灰周期,提高经济性.     

采用EGR的重型柴油机低速高负荷性能与排放特性

以低速高负荷为研究工况,重点研究增压系统、进气温度、废气再循环(EGR)方式和喷油控制策略对采用EGR技术的重型共轨柴油机性能与排放特性的影响.研究表明:合理减小单级增压器的涡轮有效流通面积与压气机流量范围或采用两级增压系统都能有效提升EGR循环能力,同时改善NOx-燃油消耗率(BSFC)和NOx-碳烟(soot)的trade-off关系;随进气温度升高,EGR率的提升和NOx的降低逐渐受到涡前温度过高限制,但降低进气温度能同时显著改善NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系;相比高压EGR,采用低压EGR能有效增强废气循环能力与增压系统做功能力,显著改善NOx-soot和NOxBSFC的trade-off关系并将NOx降至更低水平;降低喷油压力与推迟喷油定时相结合能在实现等NOx时降低soot.经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,采用主喷加后喷射的多次喷射策略能进一步降低soot.     

增压方式对柴油机高原环境下工作特性影响的数值模拟

以一台高压共轨重型柴油机为研究机型,构建了一维热力学模型,首先对比研究了单级增压(single-stage turbocharger,1TC)和二级增压(two-stage turbocharger,2TC)对柴油机变海拔条件下工作特性的影响;然后将2TC的高压级更换为可变截面涡轮增压器,在4km海拔条件下,分析了叶片开度对柴油机性能的影响。结果表明:相较于1TC,2TC可进一步提高柴油机对海拔变化的适应性,特别是在低转速工况下效果更加明显。低转速工况时,可变二级增压柴油机叶片开度在40%～70%转矩最大,有效热效率最高,有效燃油消耗率最低;随着转速升高,增大叶片开度可降低排气背压,减少缸内残余废气,提高增压器效率,NOx排放减少,有效燃油消耗率降低;低转速时传热损失率随叶片开度增加先减小后增加,中高转速时传热损失随叶片开度增大而下降。     

未来车用能源及云南省能源经济的前景

探讨了国内外汽车新能源研究成果，对未来车用能源发展趋势进行了预测，指出制定系统的能源发展规划的必要性和紧迫性，分析了氢燃料车的发展水平和使用前景、生产车用合成燃料的物质条件和最新工艺过程，提出了大力开发云南能源经济的设想和建议．     

高原环境下喷孔直径对不同掺混比生物柴油燃烧与排放的影响

以高原高压共轨柴油机为研究机型,根据台架试验和发动机结构参数,运用AVL Fire构建其三维计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)计算模型并进行模型验证。在海拔1 890m高原大气环境下,对B0、B10和B100三种燃料发动机采用0.10mm、0.15mm和0.20mm孔径直径喷油器时的燃烧过程与排放特性进行仿真模拟对比研究。计算结果表明:对于三种燃料,随着喷孔直径减小,燃烧始点提前,燃油消耗速率与累计放热率升高,缸内燃烧温度和OH活性基浓度增大,燃空当量比降低,NO排放增加,碳烟和CO排放则减小;随着喷孔直径增大,B100的燃烧消耗速率低于B0;采用相同喷孔直径时,NO随着生物柴油掺混比增大总体升高,B100的碳烟和CO排放明显低于B0,而B10的碳烟随着喷孔直径增大稍高于B0。