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。     

超多喷孔新型喷油嘴性能研究

开发了一种具有上下两层的超多喷孔新型喷油嘴,分析了其结构特点,并进行了相关的发动机性能试验,以及喷雾特性试验,揭示了该超多喷孔新型喷油嘴不但能够同时降低NOx,PM排放,而且能够降低HC,CO排放的机理。     

燃烧室形状对柴油机燃烧和排放影响的数值研究

对相同压缩比的3种燃烧室进行了三维数值计算,分析了燃烧室形状对柴油机燃烧过程、NOx和soot在缸内的分布区域形成的原因,进一步用Φ-T图研究了3种燃烧室在不同时刻对NOx和soot的影响。结果显示：敞口燃烧室更有利于混合气的形成和燃烧,NOx和soot排放低于直口和缩口燃烧室。     

超多喷孔喷油嘴喷雾特性试验研究

采用高速CCD数码相机对超多喷孔喷油嘴以及传统喷油嘴的喷雾进行拍摄分析,发现超多喷孔喷油嘴的上下两层喷雾束,在离开喷孔后不久就相互碰撞,与传统喷油嘴相比其喷雾贯穿距离要短、单束喷雾锥角要大,这些特性有利于柴油机组织缸内预混合燃烧.     

电磁喷油器球阀流动分析

试验单独测得了与密封球阀相关的衔铁位移曲线和控制腔的压力曲线,并以此为动态边界条件进行了电磁喷油器球阀流动特性计算.结果显示,球阀处会发生穴蚀现象,穴蚀的产生与小球位移和控制腔压力变化情况有关,密封球的升程变化会造成节流位置的移动.发生穴蚀的区域具体体现在密封线上边缘区域和球座入口开始并延伸一段距离的锥面上,这与检测到的球阀座面遭到穴蚀破坏的位置吻合.球阀流动计算中,球阀底部一直存在压力较大的滞止区域,球阀孔口附近的气泡主要产生在升程相对较大的区域.     

超多喷孔油嘴喷油规律试验研究

试验研究了一种具有上下两层喷孔、喷孔总流通面积比传统油嘴大得多的超多喷孔喷油嘴,为了探索其是否有利于在柴油机上组织预混合燃烧,在EFS喷油泵综合性试验台上对其进行了喷油规律的测试,并与传统油嘴的喷油规律进行了对比.发现在循环喷油量较小时,超多喷孔油嘴与传统油嘴相比喷油速率变化不显著,但随着循环喷油量的增加、喷射压力的提高,超多喷孔油嘴与传统油嘴相比具有较高的喷油速率、较大的累积喷油量、较短的喷射持续期,这些特性非常有利于在柴油机上组织预混合燃烧.     

早喷和晚喷对柴油机低温预混合燃烧的影响

阐述了柴油机低温预混合燃烧主要评价方法和考察指标,运用试验数据分析了低转速低负荷工况喷油定时对发动机排放、缸内压力、有效热效率、燃烧稳定性、预混合期等低温预混合燃烧参数的影响,综合考虑这些影响因素和收益函数,得到了最优喷油定时.最后,对最优喷油定时工况点进行了三维模拟计算,利用模拟计算结果得到T-ψ图对低温预混合燃烧的程度进行了直观的评价分析,为低温预混合燃烧喷油策略优化提供了数据支持.     

EGR对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响的研究(下)

为了在柴油机上实现预混合燃烧同时降低NOx和烟度(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)在一台车用六缸柴油机上进行试验研究.大量EGR可以降低NOx排放,但会引起soot排放的增加,为了消除这一不利后果,采用具有大流通面积的超多喷孔油嘴,并结合使用电控高压共轨燃油喷射系统实现高压喷射,缩短喷射持续期从而实现预混合燃烧,降低soot排放.对EGR如何影响柴油机超多喷孔预混合燃烧性能进行了试验研究,选定4个试验工况,通过改变EGR率来测试柴油机性能.结果显示在高EGR率,并结合超多喷孔油嘴,以及合适的喷射压力、喷油始点下.有利于柴油机实现预混合燃烧,达到同时降低NOx和soot排放的目的.     

柴油机预混合燃烧循环变动特性研究

在发动机台架进行了直喷式柴油机预混合燃烧中低负荷循环变动的试验研究。分析了EGR、喷油始点和喷油压力对预混合燃烧循环变动的影响。研究结果表明:预混合燃烧的燃烧持续期短,放热迅速,最大压力升高率较大,增大EGR和推迟喷油降低了最高燃烧压力和最大压力升高率,最大压力升高率的循环变动系数随EGR增大而增大,随喷油推迟而减小。燃烧发展期与最高燃烧压力、最大压力升高率、最大放热率、燃烧持续期和燃烧重心等参数具有很强的相关性。燃烧循环变动小的点与排放较好的点参数相吻合。利用空燃比很好地反映了EGR、喷油率始点等参数对燃烧循环变动系数的影响。平均指示压力的循环变动系数在正常情况均小于10%。并提出了减小循环变动进一步降低排放可能采取的措施。     

电磁喷油器盛油槽和控制腔压力联合测量与压力变化过程分析

控制腔和盛油槽压力的联合测量结果客观地反映了喷油器工作过程中盛油槽和控制腔的压力变化情况,测量结果将为该喷油器零部件设计计算提供准确的边界.通过盛油槽和控制腔的压力变化过程分析,可以得到电磁铁的响应时间、针阀的开启和关闭延迟以及实际的喷油持续期等喷油参数.在不喷油的时候控制腔和盛油槽压力与轨压相同,在喷油过程中控制腔和盛油槽均存在较大的压力波动,但控制腔压力始终低于盛油槽压力.在喷油结束后,控制腔和盛油槽压力仍存在波动,该压力波动将影响多次喷射的后喷射.盛油槽和控制腔压力下降的幅值与轨压有关,但盛油槽压力下降的最大幅度为轨压的20%,控制腔压力下降的最大幅度在针阀最大升程时保持不变为轨压的54%,盛油槽与控制腔的压力差在最大针阀升程下保持不变为轨压的43%.