柴油机瞬态工况烟度排放特性及分析

为了研究车用柴油机瞬态工况中,燃烧边界条件对燃烧过程的影响,在试验台上针对增压中冷柴油机在恒转速增转矩瞬态工况下的烟度排放特性进行了试验,并用商业计算软件STAR-CD对此瞬态工况下柴油机的燃烧过程进行了数值模拟分析。针对增压柴油机低转速大负荷排烟较差的特点,试验中发动机转速定为1000r／min,以3种不同的转矩变化率来考察柴油机瞬态工况下的排烟特性。结果表明,柴油机瞬态工况下和稳态工况下的燃烧边界条件有很大的差别,这种差别导致了柴油机瞬态工况下的烟度排放值要明显高于其相应的稳态工况。计算结果表明,随着转矩变化率的升高,最大初始放热率升高及燃烧持续期延长,这些差异同样导致排气烟度值增加。     

CA6110／125ZLRA5高压共轨电控柴油机的开发研究

阐述了高压共轨燃油系统的结构与工作原理 ,对原样机进行了性能与排放试验。在对共轨样机的试验中 ,通过改变共轨压力、喷油定时、预喷间隙和预喷量以及发动机的进气涡流比等参数 ,找出了这些参数对柴油机性能和排放的影响规律 :降低涡流比可使柴油机的烟度、颗粒度及标定点的比油耗明显改善 ;提高轨压可明显改善柴油机的烟度和比油耗 ;增大提前角可使烟度降低。对两种柴油机均进行了负荷特性、速度特性、排放特性试验 ,共轨样机与原样机相比烟度、比油耗明显下降 ;随着负荷的增大NOX 也大幅度下降。研究结果表明 :共轨发动机的各排放指标均超过了欧Ⅱ排放标准。     

增压中冷车用柴油机EGR率阶跃工况响应

利用实时EGR率测量系统及瞬态工况测控平台对增压中冷柴油机废气再循环(EGR)阶跃工况下的EGR率、进气量、发动机转矩、燃烧过程特征参数、排气烟度及气态有害排放物的响应历程进行了试验研究.试验结果表明:在1 600 r/min5、0%负荷工况,EGR率从0分别阶跃到3%、5%、13%和28%时,EGR率、进气流量及发动机有效转矩响应速度较快且相近,均为0.5 s左右;排气烟度和以最高燃烧压力表征的缸内燃烧过程趋于稳定状态历时较长且时间相近,不同EGR率阶跃时均为2.5 s左右;以气态有害物排放表征的柴油机排放响应历时最长为6 s左右.这说明在EGR阶跃工况下,当EGR率达到稳定时,由于燃烧边界条件存在迟滞效应,从而会导致燃烧过程、有害物排放存在较长的延迟.     

EGR对涡轮增压柴油机瞬态特性的影响

通过一台电控单体泵柴油机进行定转速瞬态加载和定负荷瞬态加速试验,分析不同废气再循环(EGR)阀开度下柴油机重要性能参数在瞬态工况时的变化趋势.结果表明:在瞬态加载过程中,由于增压器响应滞后以及进/排气的相互影响,进气滞后现象严重,空燃比下降且碳烟(soot)排放值升高;在瞬态加速过程中,进气流量滞后现象不明显,由于油量超调引起过量空气系数减小,使得soot排放量增多;在整个瞬态试验过程中,氮氧化物(NOx)排放变化趋势与进气氧体积分数变化趋势的相关程度高于EGR率.在瞬态工况下,由于进气状态发生变化,传统的基于EGR率的EGR控制方法已不适用,需要研究新的柴油机瞬态控制策略.     

柴油机TR燃烧系统的试验优化

在一台单缸135柴油机上对柴油机TR燃烧系统的性能进行了试验优化.首先在TR燃烧系统中燃用柴油乙醇混合燃料,结果表明排气烟度值降低,排气温度降低,但NOx浓度有所上升.另外,烟度值在小负荷工况下明显较高,高负荷时较小.其次研究了喷油嘴孔径对燃烧系统的影响,结果表明中心喷孔的直径较大时,发动机排气烟度增加.最后对启喷压力进行了优化,当启喷压力提高到25MPa时,发动机小负荷工况下排气烟度值减小;当供油提前角为13°CABTDC时,发动机在标定工况下排气烟度和NOx浓度都很低.     

燃料挥发性对柴油机恒转速增转矩工况下燃烧及排放的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统,试验研究了燃料挥发性对直喷式柴油机恒转速增转矩瞬态工况下燃烧过程、消光烟度及NOx排放的影响规律.研究结果表明,在增负荷工况下,适当提高燃料挥发性,可有效改善燃油与空气的混合,缩短燃烧持续期及扩散燃烧期,增加预混合燃烧量,降低瞬态工况消光烟度排放.同时,适当的改善燃料挥发性、缸内平均压力峰值、放热率峰值和缸内平均温度峰值均有所降低,致使NOx排放有所降低.     

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。     

富氧燃烧对柴油机工作特性影响的试验研究

在一台增压柴油机上进行了富氧进气的试验研究,并在此基础上采用EGR技术,研究不同进气氧浓度下EGR率对柴油机排放特性的影响,以期改善柴油机NOx和碳烟的权衡关系。研究表明:富氧进气柴油机在同一进气氧浓度下,其有效燃油消耗率随着负荷的增加而明显减小;同一负荷时有效燃油消耗率随着氧浓度的升高而稍有降低。在富氧燃烧的基础上,引入EGR可以实现柴油机的烟度和NOx排放的同时降低,其关键是在一定的工况点匹配与之相适合的EGR率。当2 200 r/min全负荷工况下,进气氧浓度21%与EGR率20%组合、氧浓度22%与EGR率50%组合,烟度和NOx排放降低比例分别达到20.0%和14.8%、6.7%和19.2%。     

文曲利管排气再循环系统在涡轮增压柴油机上的应用研究

以一台 D6 114涡轮增压柴油机为研究对象 ,采用了一套带文曲利管的排气再循环系统进行了试验研究。试验结果表明 ,该系统在高工况下能克服平均排气压力低于平均进气压力的困难 ,方便地实现排气再循环。研究了在不同工况下柴油机的 NOx 排放、烟度和比油耗随 EGR率的变化规律以及 EGR的冷却效果对 NOx 排放的影响     

二级可调增压柴油机高海拔瞬态特性仿真

为改善车用柴油机高海拔下瞬态工况涡轮迟滞、进气流量响应慢及油耗和碳烟排放增加等问题,利用GTPower建立高海拔单可变截面增压(VGT)二级可调增压柴油机仿真模型,研究了0、3.5和5.5 km海拔下等速加载和恒载加速两种瞬态工况VGT叶片的调节特性,比较VGT叶片3种控制策略对柴油机瞬态特性的影响.结果表明:等速加载工况下,VGT最优控制策略为加载初期保持VGT叶片开度不变至加载中段,之后开度线性增加至加载后稳态工况对应开度;恒载加速工况下,加速初期开始增大VGT叶片开度,至加载中段开度增加至最大转速对应开度,之后VGT开度保持不变持续至加速结束的调节策略加速性能最好.二级可调增压柴油机高海拔加载、加速性能明显优于原机,5.5 km海拔加载过程转矩平均提高了6.2%,加速过程达到最终稳定转速时间缩短了44.8%,体现了二级可调增压系统改善柴油机瞬态特性的优越性.     

柴油机燃用柴油/甲醇混合燃料时的性能与排放研究

通过添加助溶剂形成一种稳定的柴油／甲醇混合燃料，并开展了柴油机燃用此混合燃料的性能与排放研究。研究结果表明：发动机热效率和柴油等热值燃油消耗率随混合燃料中甲醇含量的增加而改善，这是由于预混燃烧量的增加，燃料富氧以及扩散燃烧的改善所致。适当增加供油提前角可使柴油／甲醇混合燃料发动机热效率提高。燃用柴油／甲醇混合燃料可显著降低发动机CO和烟度，而对碳氢排放影响不大；在相同平均有效压力的条件下，N0x随甲醇含量的增加而增加，添加甲醇对N0x的影响在大负荷下更为明显。柴油／甲醇混合燃料燃烧时存在一个较为平坦的N0x／烟度关系曲线。     

柴油/甲醇发动机的研究与应用

研究了进气预混甲醇柴油发动机的排放性能和经济性能,开发了控制甲醇喷射的电控装置,并在汽车上进行了应用。结果表明,利用进气管喷射甲醇与空气形成均匀的预混合气,在气缸内由柴油引燃的方法,可有效地降低柴油机碳烟和NOx的排放量,甲醇对柴油的替代率达到35.1%,并获得良好的经济性。     

高压共轨柴油机怠速工况喷射控制参数匹配研究

为优化高压共轨柴油机的怠速性能,以降低油耗、NOx排放以及烟度为优化目标,采用正交试验法对一台共轨柴油机怠速工况下的喷射控制参数进行了匹配试验研究。结果表明：在怠速工况下,喷射控制参数对柴油机油耗影响的主次因素依次是怠速值、喷油提前角、轨压;对NOx排放影响的主次因素依次是轨压、喷油提前角、怠速值;对烟度影响的主次因素依次是喷油提前角、轨压、怠速值。不同优化目标下的喷射控制参数最优组合也可由正交试验分析得到。     

用补气改善公交柴油车急加速烟度研究

公交车用柴油机急加速时回涡轮增压器滞后及机械与气体的惯性影响，造成进气量不足，排气烟度恶化。作者试图通过公交车上的压缩空气系统，对涡轮增压器实施补气和加速的途径来改善柴油机的加速冒黑烟问题。探讨了在公交车上采用空气补气的方案，在D6114柴油机上分别作了补气和不补气对柴油机性能影响的试验，并探讨了影响补气效果的因素。试验证明，这是一种比较经济而有效的方案。     

喷气对相继增压柴油机切换过程碳烟排放的影响

为解决相继增压柴油机在切换过程中碳烟排放急剧增加的问题,在TBD234型柴油机上建立了基于数据实时采集的压缩空气辅助试验系统,对采用喷气方法降低切换过程中碳烟排放进行了试验研究。研究结果表明:在燃气阀打开时开始喷气,喷气持续期为3s是最佳喷气策略;喷气始点提前或延长喷气持续期不能明显改善碳烟排放;喷气始点延后或者缩短喷气持续期会减弱喷气效果;与原机相比,采用最佳喷气策略可以提高切换过程中的空燃比,改善缸内燃烧过程,使烟度值降低50.5%。     

高压共轨电控柴油机燃油预喷射控制研究

根据柴油机燃油预喷射的作用机理,研究了高压共轨柴油机实现燃油预喷射的控制策略,并对整机性能进行了试验研究。结果表明,燃油预喷射有效降低了柴油机的NOx排放、噪声、冷态白烟排放,并改善了柴油机冷起动性能。     

甲醇/柴油双燃料发动机的性能

在一台柴油机基础上，采用气道口电控喷射甲醇，缸内柴油引燃甲醇的方式，开发了电控甲醇／柴油双燃料样机，并通过发动机台架实验，研究了柴油／甲醇双燃料燃烧模式在燃烧特性、燃油经济性及排放性能方面的特点．与原发动机相比，双燃料模式的最高爆发压力下降，压力升高率上升，排烟和NOx大幅度下降，但THC和CO排放均升高．该方法能使甲醇喷射量得到精确控制以便燃烧达到最佳状态，是甲醇／柴油双燃料发动机可行的技术方案．     

ZS1100柴油机燃用甲醇-柴油混合燃料的试验研究

在ZS1100直喷式柴油机上,用自行配制的M15、M30甲醇-柴油混合燃料与纯柴油做了对比试验研究,进行了负荷特性、NOx和碳烟的排放对比试验,还进行了混合燃料的浊点测试和成本估算。研究结果表明,燃用M15、M30甲醇-柴油混合燃料后,发动机可以同时降低NOx排放和碳烟排放;结合成本考虑,比油耗明显下降;动力性几乎不受影响,具有良好的市场前景。     

柴油硫含量对发动机排放性能影响的研究

在一台直喷式涡轮增压柴油机上分别燃用4种不同硫含量的柴油,研究了燃油硫含量对柴油机排放性能的影响.研究结果表明,燃油硫含量对柴油机的烟度有直接影响,随着燃油硫含量的降低,柴油机的烟度明显下降,低负荷下燃油硫含量对柴油机的烟度影响较大,NOx排放随燃油硫含量的降低变化很小,而CO和HC排放则降幅明显,SO2排放随柴油机负荷的增加显著上升,随燃油含硫量的降低而显著下降.     

GD-1燃油喷射系统喷油参数对发动机性能的影响

摘将GD-1高压共轨电控燃油喷射系统用于常规直喷式柴油机，采用不同喷油参数(喷油规律、喷油压力和喷油定时)对发动机的性能进行研究。试验结果表明，预喷射不仅可以改善冷起动性能和降低冷起动时白烟的排放，在高负荷时也可以降低烟度的排放；喷油压力的提高和喷油定时的提前改善了发动机的性能和排放。