内部EGR对柴油机HCCI高负荷拓展因素的影响

为了研究内部废气再循环(EGR)率对柴油机HCCI高负荷拓展因素的影响,以某型柴油机为例,在不同内部EGR率情况下,采用计算流体力学(CFD)方法对柴油机HCCI燃烧过程进行了仿真计算。结果表明:随着EGR的增大,缸内平均燃烧温度降低;燃空当量比逐渐降低;燃烧持续期先缩短后延长,在EGR率为35%时燃烧持续期最短;缸内最大压力升高率降低;柴油机IMEP(平均指示压力)先增大后降低,在EGR率为35%左右时达到最大,为0.573 MPa。     

喷雾时刻对等温压缩空气储能系统性能的影响

为了研究压缩过程与喷雾换热过程的耦合关系，首先对喷雾换热等温压缩空气系统数学模型进行建立；其次通过实验数据验证了模型的准确性；最后研究了喷雾启闭时刻对系统总效率的影响，同时分析了不同压缩比和活塞速度与喷雾关闭时刻的关系。研究结果表明：给定0.12 m的气缸行程，当压缩比为2,活塞速度为0.1 m/s时，在下止点开启喷雾，0.3 s后关闭，系统总效率最优为87.73%,相对于压缩过程一直喷雾情况下的效率提高了7.63%。当活塞速度为0.15 m/s时，压缩比从2增大为5,最优喷雾关闭时刻从0.3 s增大为0.5 s。当压缩比为3时，活塞速度从0.1 m/s提升为0.2 m/s,最优喷雾关闭时刻从0.5 s减小为0.3 s。     

某型相继增压柴油机缸内燃烧数值模拟研究

利用FIRE软件建立了某型相继增压柴油机燃烧及排放仿真计算模型,研究了不同负荷对燃烧排放的影响以及相继增压切换点的燃烧与排放性能,分析了缸内压力、温度等参数随曲轴转角的变化以及SOOT、NO等的分布情况。结果表明:随着负荷的增加,燃烧滞燃期缩短,缸内温度、压力、放热率、SOOT以及NO排放均增加;相继增压柴油机在1TC工况时,混合气更加均匀,燃烧更加完全,因此做功能力高于2TC,燃烧温度和放热率均低于2TC,NO及SOOT排放性能均优于2TC工况。     

汽柴油双燃料发动机燃烧性能试验研究

基于一套经改造的汽柴油混合双燃料发动机系统,在柴油发动机进气道安装汽油喷射系统实现缸内均质的混合气制备,通过上止点直喷柴油控制燃烧相位,通过调整汽柴油比例及EGR比例研究双燃料发动机燃烧性能。研究显示:相比原机,汽柴油比例增大,排气温度降低,当汽柴油比例提高到65%时,呈现出低温燃烧效果,同时降低NOx和碳烟的排放,燃烧持续期缩短,最大压力升高率增大,但是整体燃烧效果更优;从EGR特性及其对缸内燃烧过程和发动机燃烧性能的影响来看,此款双燃料发动机在小负荷时宜采用热EGR,在大负荷时宜采用冷EGR;双燃料发动机进气温度提升对燃油消耗率和碳烟并没有明显影响,而对于NOx来说,进气温度会改善发动机燃烧性能提升缸内燃烧温度,进而NOx排放会出现恶化现象。     

基于数值模型的F-T煤制油柴油机排放优化研究

为了实现F-T煤制油在柴油机上低排放燃烧的目的,选取柴油机典型工况,采用Box-Benhnken方法进行试验设计,通过支持向量机和响应面方法建立喷油参数与排放指标之间的数值模型,在对比分析模型性能的基础上,对柴油机排放指标进行多目标优化研究。分析表明：响应面模型选择二次回归方程进行拟合分析,支持向量机模型（SVM）选用RBF核函数时,两种模型的预测精度最高。试验工况下,响应面模型对SOOT和NOx预测的最低精度分别是77.4%和97.1%,SVM模型对SOOT和NOx预测的最低精度分别是40.1%和90.8%,在试验样本较少状况下响应面模型预测精度高于SVM模型,可以准确表达喷油参数与排放指标之间的关系。在测试工况下,采用响应面模型对柴油机排放指标进行优化分析,SOOT和NOx分别降低55.72%和7.43%。     

边界参数对汽油压燃(GCI)小负荷工况燃烧和排放的影响

针对小负荷工况下汽油压燃(GCI)燃烧模式燃烧波动和排放超标等问题,建立了单缸四冲程汽油压燃发动机仿真模型,并借助CONVERGE模拟平台,对压缩比、缸内初始涡流比、喷油压力等因素进行了仿真分析。结果表明:压缩比为16.5时,峰值缸压出现在上止点之后,可实现小负荷稳定燃烧。缸内初始涡流比为1.5时,峰值缸内平均温度最高,且排放得到进一步优化。喷油压力为20MPa时,能达到较高的热效率和较低的排放。研究结果为实现小负荷工况稳定燃烧,拓展负荷范围提供了理论基础。     

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。     

喷油孔直径对柴油机燃烧及排放的影响

喷油孔直径是影响柴油机排放性能的关键因素之一,虚拟技术已经成为解决该问题的重要手段。在一台高压共轨直喷国Ⅳ柴油机上,研究了喷油孔直径变化对柴油机燃烧、排放性能、经济性及动力性的影响规律。结果表明,减小喷油孔直径可形成细小的油滴,缸内湍流动能变大,提高混合质量,同时缸内压力和燃烧温度增加,NOx排放恶化,而Soot排量减少;喷油孔直径减小使得燃油消耗率先增大后减小,扭矩则是先减小后增大,喷油孔直径为0.17mm时经济性和动力性最差,是因为孔径较大造成混合气不均匀及燃烧较差,使得缸内温度和爆发压力低。     

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。     

醇醚燃料组合燃烧模式下发动机燃烧特性研究

对一台CY25柴油机进行改造,加装进气道喷嘴。利用均质混合气引燃组合燃烧模式的优势,用高十六烷值的聚甲氧基二甲醚引燃甲醇空气预混合气。研究压缩比对不同甲醇占能比下燃烧始点、燃烧持续期、放热率、压力升高率、缸内压力及相位的影响。研究表明,甲醇高汽化潜热值导致燃烧初期缸内温度降低,燃烧相位后移,不同压缩比下各燃烧特性随甲醇占能比提高,变化趋势相同,波动幅度存在差异,随着压缩比升高放热率峰值、压力升高率峰值、缸内压力峰值、缸内温度峰值最大增幅达34.9%、41.8%、30%、25%,同时对发动机经济性进行了分析。     

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。     

重型柴油机进气门早关实验研究

设计制造了一种重型柴油机进气门早关机构,并安装到一台排量为12L的柴油机整机上,进行了整机性能实验。研究结果表明仅仅通过可变气门机构实现米勒循环时,缸内工质减小,缸内压力有所下降,但不利于热效率提升。当米勒循环与米勒强度、进气增压度,燃烧控制协同优化后,可以不牺牲燃油消耗率的同时,降低氮氧比排放。     

预混合低温燃烧柴油机燃油喷射参数与燃烧室的空间匹配研究

通过数值模拟计算研究了预混合低温燃烧模式下燃油喷射参数与燃烧室的空间匹配规律。结果表明:燃油油束落点位于燃烧室喉口中部时混合期内缸内平均湍动能增加,且燃油蒸发速率和湍流混合强度最大;随着喷雾锥角的减小,NOx排放单调上升,Soot排放呈先下降再上升最后再略有下降的趋势。随着油嘴伸出高度的逐渐增大,NOx排放先升高后降低,Soot排放则相反。有效容积比在(34~38)%范围内时能够兼顾NOx和Soot排放性能。     

点燃式天然气发动机燃烧室结构优化的仿真与试验研究

利用三维数值仿真的方法,对带有浴盆形燃烧室的天然气发动机缸内流动和燃烧特性进行分析,提出了两种燃烧室结构优化设计方案,试验对比了采用原燃烧室和挤气喷射燃烧室时的发动机性能。结果表明:在不改变压缩比情况下,通过改变活塞头部凸起形状和位置,能够实现浴盆形燃烧室内的挤流与滚流有效耦合;控制点火时刻的火花塞附近气体流速,能提高缸内平均湍动能,加大快速燃烧期内火焰前封面的面积,改善燃烧质量。发动机采用优化的2号挤气喷射燃烧室,能够明显加快发动机燃烧进程,提高发动机的动力性和经济性,发动机功率从75kW提高到78.7kW,最低比气耗降低4.4%,HC和CO排放略有降低。     

预喷射与轨压参数对电控柴油机怠速噪声的控制研究

针对空间雾化燃烧系统式的直喷式乘用车电控柴油机的怠速噪声大的问题,经过了试验测试研究,确定了改变燃油喷射系统电控参数改善柴油机怠速噪声的方法,并提出了两种解决措施:一是采取预喷技术,使缸内燃烧得到平稳连续,降低瞬间缸内压升率;二是在具有预喷情况下,尽量降低轨压,加大喷油脉宽,缩短滞燃期,同样使缸内压升率降低.试验表明,这两种方法对于改善柴油机的燃烧噪声比较明显,能有效降低柴油机的怠速噪声.     

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。     

喷嘴参数对柴油机喷油规律与性能的影响

采用广安博之(Hiroyasu)等准维模型,建立高原运行柴油机工作过程模型;基于一维非定常可压缩理论建立柴油机喷射系统模型,二者耦合计算高原环境喷油器主要结构参数对柴油机实际运行时的喷油规律、燃烧特性和输出性能的影响.台架试验验证了模型的可信性.结果表明:喷孔数和喷孔直径对喷油规律影响最为敏感,喷孔夹角对喷油规律影响微弱.在海拔4 000m时,针对该型柴油机,喷孔面积存在一个最优区间,在该区间给出了功率变化率和喷孔面积的关系式.在燃烧室结构和供油系统参数不变的情况下,当喷孔面积减小为原喷孔的25%～60%时,柴油机功率最大提升8.5%;油耗最大下降8.8%,排气温度下降35℃以上.但是缸内温度明显上升,NOx排放恶化.研究为通过优化喷油器参数改善高原运行柴油机燃烧和性能提供了参考.     

车用柴油机燃烧和热流分析的数值研究

利用商用软件STAR—CD及ES—ICE对某D6114柴油机在的缸内燃烧过程进行了数值模拟计算,分析和比较了不同喷油提前角对缸内燃烧过程和燃烧室表面热流的影响。研究结果表明：喷油提前角提前,柴油机缸内的燃烧效果优于喷油提前角推迟,燃烧过程中缸内的压力和温度比推迟喷油提前角时要大,同时缸内的最高燃烧压力和最高温度也高;喷油提前角对缸盖和活塞顶壁面平均热流的影响与其对缸内平均温度的影响相似,对缸套壁面的影响是喷油提前角提前越早,传给缸套的热流越小。数值计算结果为高功率、高强化和低热损的柴油机设计提供理论依据。．     

缸内直喷不同CH4/N2配比的混合燃料发动机掺氢燃烧负荷特性试验研究

在一台改装的单缸气体发动机上进行缸内直喷不同CH4/N2配比的混合燃料发动机掺氢燃烧负荷特性的试验,研究不同负荷下混合燃料中掺氢比和掺氮比对发动机动力性、排放性以及经济性的影响。研究结果表明,当混合气体燃料中氮气体积分数不同时,不同负荷区域,掺入氢气对缸内最大爆发压力影响不同。结果显示,掺氮25%燃料CO排放较掺氮15%的明显增大,且当不掺氢时,增长近30%,并且掺氢对减小HC排放有利,但氢气对不同氮气比燃料CO排放与NOx排放影响不同,对于掺氮15%燃料,掺氢10%后,CO排放升高,NOx排放降低,而对于掺氮25%燃料掺氢后CO排放降低,NOx排放升高。另外,随着负荷增大,有效燃气消耗率呈逐渐减小的趋势,而且掺氢有利于热效率的提高。     

煤基双燃料发动机的燃烧特性研究

为探索预混合气引燃柴油机的燃烧过程,在CY25型单缸柴油机上进行了聚甲氧基二甲醚引燃甲醇均质混合气的燃烧试验,对比分析了不同甲醇占能比和聚甲氧基二甲醚喷油时刻对发动机燃烧特性的影响。试验结果表明:随着甲醇占能比的增加,缸压峰值降低,最大降幅18.2%。缸内温度降低,有效热效率降低;随着聚甲氧基二甲醚喷油时刻由上止点前20°CA提前至24°CA,缸内最高温度增加,最大增幅21.4%,最高缸内压力和最大压力升高率均增加,最高缸内压力增幅达22.3%,有效热效率降低。