喷孔分布对柴油机双ω燃烧系统性能影响的研究

为了改善柴油机喷雾空间分布,提高缸内混合气形成质量,提出了双ω型燃烧室及与之相匹配的双排喷孔的燃烧系统。应用AVL FIRE软件对不同喷孔分布形式的双ω型燃烧室缸内喷雾、混合气形成和燃烧过程进行数值模拟,分析了喷孔分布形式对缸内当量比分布和温度场及燃烧与排放特性的影响。研究结果表明：适当增加上排喷孔的数目能够有效提高混合气形成质量,改善燃烧过程;采用上排5个、下排3个的喷孔分布形式能够获得较低的氮氧化物和碳烟颗粒排放。     

柴油机喷孔内空化过程及影响参数的试验研究

柴油喷油器内部燃油的高速流动易导致喷孔内部出现空化,影响燃油的流通,因此研究喷孔内燃油空化过程具有重要的意义。在比例放大透明喷孔可视化试验台架上,完成了不同进出口压力下的喷孔流动特性试验,研究了喷孔内的空化规律和对喷孔内流率特性的影响。试验结果表明：当固定入口压力时,随着出口压力的降低,在无空化阶段,流量系数基本不变;当出现空化进入空化发展阶段,空化增强并向出口方向发展,质量流率继续增加,流量系数有所下降;在空化饱和阶段,质量流率不再增加,流量系数加速降低;喷孔的入口压力不影响空化初生和空化饱和对应的临界空化数;喷孔直径不影响空化初生点,但影响空化饱和点,喷孔直径越大,越难达到空化饱和,对应的临界空化数越小;喷孔长度影响空化初生点和空化饱和点,喷孔长度越长,越难发生空化,也越难达到空化饱和,对应的空化初生和空化饱和的临界空化数越小。     

对置活塞二冲程柴油机双喷油器碰撞喷雾试验研究

为了获得良好的混合气,保证燃烧室形状、喷雾特性及缸内气体流动之间有良好的匹配,针对对置活塞二冲程柴油机燃烧室的喷雾特性,使用纹影法结合图像处理技术分析了喷油器布置方案、喷射压力、定容弹弹体压力和喷油持续期对油束贯穿距离及喷雾空间扩散率的影响。研究结果表明：在喷射压力75 MPa、弹体压力2 MPa、喷油持续期1.5 ms的工况下,双喷油器布置方案与单喷油器布置方案相比,空间扩散率更高,更有利于燃油的雾化;喷射压力的提高有利于燃油在空间的扩散,但近壁区内分布的燃油会随着喷射压力的提高而增加,造成“湿壁”现象;弹体压力过小会使油雾在壁面附近形成浓混合气区域,过大的弹体压力又会使燃油更多集中在中心区域;随着喷油持续期的增加,油束贯穿距离和空间扩散率的增加越来越不明显。     

某柴油机燃烧系统数值仿真及改进设计研究

以某高升功率柴油机燃烧系统为研究对象,首先采用AVL-Fire软件对燃烧过程进行了三维数值仿真,分别采用WAVE模型、Dukowicz模型以及旋涡破碎(EBU)模型描述雾化、蒸发以及燃烧过程。采用k-ε双方程湍流模型描述湍流流动,数值结果与实验值对比验证了所采用计算模型的合理性,然后对原型机燃烧过程中的三维流动、传热以及燃油分布状况展开分析,得到了原型机燃烧系统的不足之处,在此基础上,根据高升功率柴油机对燃烧过程的要求,对燃烧室结构进行改进设计,并进行相应的三维数值仿真。改型前后的燃烧系统数值结果对比表明,燃烧室形状对燃烧系统的性能影响很大,改型后的燃烧系统在燃烧组织方面得到显著改进,放热率与有效功率得到明显提高。     

ZS1110TD型柴油机燃用生物柴油的性能试验研究

对ZS1110TD型单缸直喷式柴油机在不作任何调整的情况下燃用生物柴油的性能进行测定,与燃用-10#柴油时的性能对比表明:在同样工况下,生物柴油的功率、扭矩均低于柴油,燃油消耗率高于柴油.     

基于热平衡台架试验的高强化柴油机冷却系统研究

通过某型高强化柴油机全工况热平衡台架试验,分析了柴油机本体出水温度对柴油机本体散热及中冷器散热规律的影响;指出高强化柴油机智能化控制冷却系统应采用高、低温双循环回路方案,其中高温回路主要用于冷却柴油机本体,而低温回路应以控制增压空气温度为目标对中冷器冷却强度进行独立调节,从而有效地改善高强化柴油机的综合性能。     

进气门晚关米勒循环对柴油机燃烧和排放影响的研究

基于D6114柴油机的BOOST模型,分析了进气门晚关米勒循环对柴油机燃烧和排放的影响。结果表明：推迟进气门关闭时刻可以减小压缩阶段的压力和温度,从而使滞燃期增长;但是由于缸内工质的减少,缸内平均温度和碳烟排放升高;增压压力的提高可以弥补进气损失,研究发现进气门晚关结合提高增压压力及推迟喷油,可同时降低NO_x和碳烟的排放;在保持爆发压力与原机相同时,采用米勒循环度M60、喷油正时推迟2°CA的方案,油耗降低4 g/（kW·h）,碳烟排放降低6%,而NO_x的排放量降低了31%.     

甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究

通过在定容燃烧室内研究不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比下甲烷-氢气-空气混合气的燃烧压力变化规律,得到了上述条件对混合气最大燃烧压力、最大压力升高率、火焰发展期、燃烧持续期以及最大燃烧压力循环变动的影响.研究结果表明:其他初始条件不变时,甲烷-氢气-空气混合气在高温低压时火焰传播的更快;随着甲烷中掺氢比增加...     

基于排放特性的小型风冷柴油机燃烧过程研究

小型风冷柴油机受结构限制,中小负荷冷却强度偏大,使柴油机CO、HC的比排放偏高。为了探索CO、HC的生成机理,达到中国非道路柴油机第3阶段排放标准,以186F风冷柴油机为研究对象,研究了不同压缩比、有无排气再循环（EGR）试验条件下的污染物排放特性。结果表明,不同方案的NO_x比排放变化率不超过4%,两种压缩比对比结果为：CO、HC的排放分别变化了41.1%和53.9%;有无EGR方案CO、HC的排放分别变化了19.5%和22.5%。通过示功图分析得出结论：CO、HC的生成量主要与滞燃期内的压缩温度有关,在10%负荷工况下压缩终了温度达860 K以上,可有效降低CO、HC的排放;通过不同技术方案协同优化燃烧过程,可使柴油机整机比排放低于中国非道路柴油机第3阶段排放限值。     

高原环境对柴油机燃烧过程影响的仿真研究

为分析高原环境下柴油机性能下降的原因,应用CFD软件FIRE对不同海拔条件下柴油机燃烧过程进行了三维仿真研究。建立了描述缸内油气混合过程的中间参数,在此基础上定量分析了高原环境对柴油机缸内油气混合过程的影响。着重通过对燃烧放热规律的分析,研究了高原环境对柴油机燃烧过程的影响。结果表明：高原环境下燃烧室近壁面处易形成较浓混合气,燃油附壁较多,燃烧室中心区域空气利用率降低;燃烧后期,高原环境下柴油机缸内仍有大量浓混合气存在,且分布较集中,燃油质量分数均方差大;随着海拔的升高,燃烧中后期缸内高温区域中心逐渐向燃烧室侧壁移动,附壁燃烧严重,凹坑及余隙处易形成油气堆积,促使燃烧恶化;高原环境对柴油机预混燃烧的影响并不明显,但随着海拔的升高,扩散燃烧放热率逐渐降低,燃烧持续期大幅增加,导致严重的后燃。     

进气氧浓度对柴油机燃烧过程影响的仿真研究

为分析进气氧浓度对柴油机燃烧的影响,通过调节进气氮氧比控制进气氧浓度,应用计算流体力学（CFD）软件FIRE对不同进气氧浓度下柴油机燃烧过程进行了三维仿真研究。研究结果表明：进气氧浓度影响缸内混合气质量,进气氧浓度降低,缸内浓混合气增加,扩散燃烧阶段放热速率降低。随着进气氧浓度降低,缸内最高压力和平均温度降低,柴油机燃烧品质变差。富氧燃烧时柴油机NOx排放升高,碳烟排放降低;部分负荷时,进气氧浓度降低,NOx和碳烟排放均降低。     

高速直喷柴油机燃烧系统参数对燃烧性能影响的权重分析

为深入探究高速柴油机燃烧系统参数对燃烧性能的作用机制,采用多维数值模拟方法,研究了高速直喷(HSDI)柴油机喷油系统参数与燃烧室结构参数对燃烧过程的影响规律,并结合缸内燃油蒸气空间分布和油气混合等特性对燃烧系统参数的影响规律进行了分析。为了定量描述油气混合特性,引入了湍流混合速率和混合气浓度方差的概念。另外,采用正交方法开展了喷油系统和燃烧室结构参数对指示功率影响的权重分析。结果表明：对于研究的燃烧系统,柴油机指示功率随燃烧室径深比的增加先增后减,径深比6.4时功率最大,且此时油气混合最均匀。针对不同径深比燃烧室,喷油系统参数对功率的影响权重不同。随着燃烧室径深比增大,喷油压力的影响权重减小。油束夹角的影响权重增大,喷孔数、孔径的影响权重减小。喷油定时的影响权重先减小后增大。     

出口压力对柴油喷油器流量特性影响的试验研究

柴油机高压燃油系统中,喷油器内部燃油的高速流动易导致喷孔内部出现空化,从而影响喷油特性。为了研究喷油器的进出口压力对燃油在喷嘴里的流动的影响,设计了一套出口压力可调的试验装置,针对高压共轨喷油器进行了不同出口压力下的喷油规律测量,研究了出口压力对喷油率的影响。试验发现：由于进出口压力差很大,喷嘴内部为空化流动;空化流动时,当入口压力不变时,改变出口背压,喷油率不变化,流动出现阻塞现象;出现空化后,增加出口压力,流量系数增大。     

某型车用柴油机机体缝合螺栓的可靠性增长研究

针对某型车用柴油机机体缝合螺栓存在的断裂问题,研究机体缝合螺栓的失效模式及其失效机理,设计机体缝合螺栓模拟试验装置,进行机体缝合螺栓振动试验,实现机体缝合螺栓断裂失效的复现。在此基础上,研究机体缝合螺栓的可靠性增长措施及其有效性,将改进后的机体缝合螺栓安装在柴油机上进行应用验证。研究结果表明：机体缝合螺栓的失效模式为疲劳断裂,机体缝合螺栓在工作时发生共振是导致其断裂的原因;机体缝合螺栓采取可靠性增长措施后在安装状态下的固有频率得到显著提高,能够有效避免因共振引发的断裂失效。