二级可调增压柴油机变海拔热平衡试验

进行二级可调增压柴油机热平衡性能研究,有助于评价发动机在不同工况下的热量分配情况,合理控制发动机热负荷,解决高海拔发动机开锅问题,提高热效率。利用自主设计的柴油机高海拔热平衡试验系统,进行不同模拟海拔(0、3 500、5 500 m)二级可调增压柴油机全负荷热平衡试验,研究了海拔高度对二级可调增压柴油机热平衡性能的影响。结果表明:随海拔升高,发动机热负荷升高,具体表现为高速区域涡前排温增大、1 500 r/min全负荷工况下缸内最高燃烧温度峰值升高且对应曲轴转角减小;随海拔升高,有效功和排气带走热量占总热量百分比均呈下降趋势,发动机冷却液带走热量和余项损失占总热量百分比增加,相较于平原工况,海拔5 500 m时,有效功率和排气散热量占比减小1.8%、16.8%,冷却液带走热量和余项损失占比增加2.9%、15.7%;二级增压技术对柴油机高原性能恢复具有明显效果,5 500 m海拔环境条件下,柴油机中、高转速下的热效率恢复情况明显优于低速工况。     

基于VGT控制参数的柴油机低速变海拔热平衡试验

进行二级可调增压柴油机热平衡性能研究,有助于解决高海拔发动机开锅问题,提高热效率。利用自主设计的柴油机高海拔热平衡试验系统,进行不同模拟海拔(0、3 500、5 500 m)基于可变截面涡轮增压器(VGT)控制参数的二级可调增压柴油机低速全负荷热平衡试验,全面分析了变海拔条件下VGT控制参数对整机低速热平衡性能影响的机理与规律,优化标定了不同海拔下柴油机低速最佳VGT叶片开度。结果表明:随VGT叶片开度增大,发动机低速工况下热负荷升高,表现形式为涡前排温升高、缸内最高燃烧温度上升,但缸内最大燃烧压力呈下降趋势,0 m、VGT开度小于50%时,缸内最高燃烧压力大于17 MPa,在0、3 500、5 500 m海拔,VGT开度分别大于70%、50%、30%时,缸内最高燃烧温度超过2 200.0℃。随VGT叶片开度增大,柴油机有效功率、排气带走热量及其占比升高,冷却液带走热量、余项损失及其占比呈下降趋势,5 500 m海拔下,VGT叶片开度每增大10%,柴油机热效率降低3.1%。综合考虑VGT控制参数对缸内最高燃烧温度、缸内最大燃烧压力及热效率的影响,0、3 500、5 500 m柴油机低速工况最佳VGT叶片开度应分别为50%、20%、20%。     

高压共轨柴油机高海拔燃烧温度特性

利用高原环境模拟试验和数值模拟相结合的方法,研究了高海拔(低气压)条件对缸内平均燃烧温度和温度场的影响.结果表明:高海拔下,缸内最高燃烧温度和不同曲轴转角对应的温度增大.随海拔的升高,缸内每循环油气质量呈线性下降趋势,海拔每升高1,km,下降3.5%,~7.0%,,且3~5,km海拔下降速度高于0~3,km海拔,油气质量的大幅下降造成缸内热容物质的减少,成为柴油机高原下燃烧温度升高的主要原因.在全负荷工况下,累积放热量随海拔的升高而减小,每千米海拔减小3%,~7%,.等负荷工况下,3,km海拔累积放热量基本同平原保持不变,4,km和5,km海拔下则升高.不同工况累积放热量随海拔变化也对燃烧温度造成影响.数值模拟结果表明:喷注在高原环境下喷射速度、着壁和沿缸壁发展的速度更快,缸内高温温度场的扩展速度更快.高原后燃阶段高温温度场的范围明显扩大,通过对喷油参数进行优化能够缩小高温温度场的范围,减少后燃.     

高原环境下自然吸气柴油机燃烧及排放特性

选取3个海拔高度(10、1,000和1,670,m)进行自然吸气小功率柴油机的燃烧和排放试验,其中,1,000,m和1,670,m的试验环境通过内燃机高海拔大气状态模拟试验系统获得.结果表明:海拔高度升高,同工况下柴油机的最大燃烧压力减小,燃烧始点推迟,滞燃期延长,预混燃烧比重增加,缸内最高燃烧温度升高.海拔高度愈高,排气烟度快速增加的临界功率点愈向小负荷方向偏移,且烟度上升段斜率变大;但在小负荷时,其烟度略有降低.各气体污染物排放量的变化是:海拔高度增加,HC排放明显增加,且在中小负荷时最为显著;CO排放在大负荷和小负荷时增加,在中等负荷附近出现持平或不同程度的下降;NO_x排放随海拔升高变化最小.柴油机整机排放HC、PM明显增大,CO、NO_x变化较小.采用等烟度原则减小高原地区自然吸气柴油机的标定功率,能有效扼制CO、HC和PM排放的恶化.     

高压共轨柴油机高海拔部分负荷燃烧特性

利用内燃机高原环境模拟试验台,对经过高海拔标定后的某高压共轨柴油机进行了部分负荷燃烧特性试验,研究了高原环境条件对柴油机部分负荷燃烧特性的影响.结果表明,在不同的部分负荷工况和海拔范围下,柴油机燃烧过程随海拔的变化规律不同.高原条件下对喷油参数优化能够改变燃烧相位,提高循环热效率,改善燃烧.随海拔增加,放热率峰值降低;高速大负荷下最高燃烧压力在优化限制值附近,低负荷下随海拔的升高而下降,每千米下降0.2~0.5,MPa;最高燃烧温度随海拔的升高而增大,每千米升高50~100,K.     

大气环境对增压柴油机缸内燃烧特性的影响

在试验校准的基于GT-POWER的平原环境柴油机工作过程模型基础上,模拟大气环境对增压柴油机输出性能和燃烧特性的影响.计算结果表明:海拔高度从0～4000 m,在外特性工况下,柴油机功率最大下降14%,油耗增加近10%,排气温度最大升高100 ℃,后燃严重;4000 m海拔和0 m相比,缸内燃烧放热率重心最大拖后7℃A...     

复杂环境下风冷柴油机工作及冷却性能研究

针对一款V型风冷柴油机,研究其在不同海拔、温度环境下的工作性能及冷却散热能力,进而提高柴油机热效率。为充分考虑动力舱下柴油机的冷却散热,提出一种将动力舱模型一维离散,以此搭建柴油机冷却系统模型的方法,并与柴油机工作模型进行耦合仿真。结果表明：柴油机在2 000 r/min外特性工况条件下,外界环境海拔、温度的升高使得柴油机缸内燃烧工作曲线后移,海拔每增加1 000 m,放热峰值点后移2°,缸内燃气温度升高;一定转速下的风扇空气质量流量会随海拔、温度的增大而减小,柴油机冷却能力下降,缸盖燃气侧表面平均温度升高;柴油机热效率随海拔、温度的升高而降低,高海拔、高温环境下,增大风扇转速可提升柴油机热效率,随着风扇转速提高,海拔4 000 m、温度20℃环境下,柴油机热效率从29.7%升至35.7%。     

不同海拔条件下喷油参数对柴油机性能的影响

通过内燃机高原环境模拟试验台,研究了不同海拔条件下高压共轨柴油机在最大转矩转速点(1500 r/min)全负荷(2300 N·m)和部分负荷(500 N·m)工况下喷油提前角、共轨压力及循环喷油量(全负荷)对柴油机燃烧特性与性能的影响规律.结果表明:全负荷工况下,随着喷油提前角增加,柴油机滞燃期增加,最高燃烧压力和最大压力升高率增大,增大趋势随海拔增加而降低,柴油机转矩在0 km和3 km海拔先增加后减小,在5 km海拔时逐步增加.随着共轨压力增加,柴油机燃烧相位提前,最高燃烧压力、最大压力升高率和转矩均增加,排温降低;部分负荷工况下,有效燃油消耗率随共轨压力增加而降低.随循环喷油量增加,转矩、排温和缸内压力均逐渐增大,最大压力升高率在3 km海拔范围内逐渐增加、在5 km海拔时逐渐减小.海拔每升高1 km,柴油机在全负荷工况下,最佳循环喷油量平均降低5.81%,最佳喷油提前角和共轨压力在全负荷和部分负荷工况下平均分别增加了1.2°,CA、0.8°,CA和4 MPa、3 MPa.     

柴油机变海拔燃烧特性研究

基于SC7H涡轮增压柴油机试验台架,开展了变海拔典型工况下的稳态试验,研究了最大扭矩点(1 400 r/min)和标定转速点(2 300 r/min)分别在循环喷油量25 mg和75 mg工况下,缸内压力、燃烧放热率和燃烧特征参数随海拔的变化规律。研究结果显示:随着海拔的升高,各工况下的最高燃烧压力均呈现下降趋势,最高燃烧压力相位、燃烧始点和燃烧重心推迟,燃烧持续期延长,且低负荷工况受海拔的影响更明显;当海拔升高时,最大压力升高率和最大瞬时放热率在低负荷工况下随之上升,而在高负荷工况下呈下降趋势。     

自然吸气柴油机高海拔(低气压)热平衡试验研究

基于内燃机高海拔(低气压)热平衡模拟试验台,对某型内燃叉车自然吸气柴油机进行了热平衡高原模拟试验,研究了柴油机燃烧放热量分配、冷却液温度以及排气温度等随海拔高度(大气压力)的变化规律.结果表明:随着海拔的升高,转化为有效功的热量、冷却水散热量以及排气带走的热量均不断下降,柴油机不完全燃烧造成的热损失、机体散失的热量以及...     

高海拔增压柴油机喷油定时模拟与试验研究

在海拔3 500m和海拔4 550m环境下对某增压柴油机进行外特性试验,重点研究了喷油定时对柴油机高海拔性能的影响。试验结果表明:喷油提前后,柴油机在两个海拔高度下功率最高提升了6.32%和5.78%,燃油消耗率分别平均下降了8.40%和4.59%,涡前排气温度及增压器转速满足柴油机参数控制要求。结合缸内燃烧数值模拟分析,发现高海拔高转速下喷油提前角较大时,碳烟排放增加,缸内燃烧反而变差。     

海拔高度对重型柴油机缸内机油消耗影响研究

通过计算缸内工作过程、缸套壁面温度和缸内机油消耗,建立了缸内机油消耗数值仿真模型,并通过高原模拟台架性能试验和柴油机机油消耗试验,对模型进行了验证,结果表明模型计算的最大误差不大于7%。计算分析了不同海拔高度下的缸内机油消耗,计算结果表明:随着海拔的升高缸内机油消耗量增加,在标定工况下,缸内机电消耗量在海拔4500m时比海拔100m时增加20.9%。     

中速柴油机燃用低质混合油的试验研究

在一台中速柴油机上进行了轻柴油和低质混合油的动力性能试验,通过对缸内压力曲线的分析,对比研究了轻柴油和低质混合油的缸内燃烧情况;比较了两种喷油嘴参数对应的柴油机动力性能;研究了燃油温度对低质混合油动力性能的影响。结果表明,采用原机喷油嘴,与燃用轻柴油相比,燃用低质混合油时,在中低负荷条件下,燃烧压升率变大,最高燃烧压力升高;高负荷条件下,缸内最高燃烧压力有所降低;采用喷孔数及喷孔直径均增加的新喷油嘴后,在各个工况下燃用低质混合油时的最高燃烧压力比燃用轻柴油时的高;随燃油温度升高,缸内燃烧压力升高,但燃油温度升高到一定限值后,动力性能下降。     

基于热机耦合的某型柴油机活塞应力及疲劳分析

柴油机活塞热负荷主要来源于缸内高温燃气的传热,某型船用柴油机排气背压由原型机2.5 kPa升高到10 kPa后,其涡轮膨胀比降低,从而导致压气机空气流量下降,进而影响到缸内燃烧状况及燃气温度,本文主要研究柴油机背压提高后,活塞在热负荷和机械负荷作用下应力场和疲劳分布,首先以试验结果校正仿真模型,在此基础上计算排气背压提...     

废气再循环对车用汽油机热功转换过程的影响

为提高车用汽油机部分负荷下的燃油经济性,探讨了废气再循环(EGR)对汽油机热功转换过程的影响。基于某款汽油机的性能试验数据,搭建并标定其仿真模型,研究了多种部分负荷工况下EGR对汽油机性能的影响。结果表明:就换气循环而言,随着EGR率的增大,进气压力增大,泵气平均有效压力(PMEP)减小,未冷却的EGR对PMEP减小的幅度更大;就高压循环而言,燃烧温度下降导致传热损失下降,从而使高压循环热效率增加。由缸内热平衡分析可知,有效热效率的提高主要依赖于缸内传热损失的减小,其次才是泵气损失的减小。在1 300r/min、0.295MPa时,采用20%的EGR率可以使有效热效率提升4.5%。     

1000MW超超临界汽轮机整体效率与内效率实时计算模型

建立凝汽式汽轮机整体效率、理想循环热效率和高、中、低压缸内效率的计算模型,实时分析负荷和机组状态对汽轮机运行效率和热损失的影响规律。结果表明,汽轮机整体效率和理想循环热效率随负荷的增加而单调增加,汽轮机内效率随负荷的增加而单调降低,但变化幅度较小。高、中、低压缸做功比例几乎固定,随负荷变动较小,中压缸做功比例最大,低压缸做功比例最小。汽轮机最大的能量损失来源于排汽的冷端热损失,其次汽轮机内部做功的损失。     

进气门早关对柴油机进气和燃烧特性的影响

在一台SD2100TA柴油机上安装了全可变液压气门机构,采用进气门早关(EIVC)的方式对进气量和有效压缩比进行调节,并对进气性能和燃烧性能进行了研究。试验研究结果表明:与节气门进气量调节方式相比,EIVC能有效降低泵气损失,且能够降低缸内工质温度,有利于实现低温燃烧。随进气门关闭时刻(IVCT)的提前,有效压缩比降低,压缩终点压力和温度下降,滞燃期增长,着火推迟,预混燃烧比例上升,扩散燃烧比例下降,由于工质总热容降低,燃烧后的缸内工质温度增加,导致排气温度显著提高。在保持指示热效率基本不变的前提下,EIVC可以有效地降低缸内峰值压力,拓宽柴油机负荷范围。在1 650r/min、平均指示压力(IMEP)为0.64MPa工况点,当IVCT从下止点后30°提前到下止点后-50°时,峰值压力降低了26%。     

甲醇替代率对双燃料发动机燃烧及其循环变动的影响

为研究甲醇/柴油双燃料发动机甲醇替代率对燃烧及其循环变动的影响,通过在单缸柴油机上加装进气道甲醇喷射系统,进行了不同甲醇替代率的试验研究。研究表明,随着甲醇替代率增加,缸内着火时刻推迟,放热率双峰现象逐渐消失,放热率峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率均增加。甲醇替代率对不同工况下指示热效率的影响不同,低速工况指示热效率随甲醇替代率的增加而降低,高速高负荷工况指示热效率随甲醇替代率的增加而略有增加。不同工况下的排放影响也存在明显差异,随甲醇替代率的增加,低速低负荷工况排放变化较小,而在高速高负荷下排放变化大。甲醇替代率对燃烧循环变动影响表明,低速低负荷循环变动随甲醇替代率增加而明显增加,当替代率增加至28.7%时,峰值压力的循环变动率增加2.5%,峰值压力对应曲轴转角分布也更加分散。     

丁醇比例对柴油-丁醇复合喷油燃烧的影响

在试验柴油机上进行了柴油缸内直喷结合丁醇气道喷射的复合喷油燃烧试验.结果表明,小负荷工况下,复合喷油燃烧过程以预混燃烧为主,随着丁醇喷射比例的增大,最大爆发压力小幅度降低,最大压力升高率略有升高.大负荷工况下,复合喷油燃烧过程存在明显的扩散燃烧,随着丁醇喷射比例的增大,扩散燃烧比例减小,预混燃烧比例增加,放热率峰值相应增大,特别在低转速工况下,会导致压力升高率显著升高,敲缸倾向增大.随丁醇喷射比例增大,柴油-丁醇复合喷油燃烧的滞燃期几乎不发生变化,燃烧持续期缩短,指示热效率降低,但保持在40％～ 50％.丁醇喷射比例是影响柴油-丁醇复合喷油燃烧性能的重要因素,根据工况调节丁醇喷射比例,可以保证发动机在全工况范围内获得良好的燃烧和经济性能.     

船用低速机模型实验中相似比例的有效边界及影响

为探究相似比例模型实验在船用柴油机中的应用,基于一台缸径为340 mm的船用低速柴油机讨论了模型实验中相似比例的有效边界,随后仿真研究了3种相似法则在不同相似比例下对传热损失、缸内温度分布、缸压、放热率、指示热效率和排放的预测结果.结果 表明:缸压、指示热效率和正规化NOx排放随缸径的增加而升高,正规化碳烟排放随缸径的...