柴油机侧卷流和ω燃烧系统性能试验与仿真

基于侧卷流燃烧系统(lateral-swirl combustion system,LSCS)良好的油气混合与燃烧效果,在多种实际工况下对侧卷流和 ω燃烧系统进行了试验研究,将两者的燃烧及排放结果进行了对比分析,并通过仿真研究揭示其工作机理.试验结果表明:在各种工况下,相比ω燃烧系统,侧卷流燃烧系统的燃油消耗率和碳烟排...     

侧卷流和复合卷流燃烧系统混合燃烧特性

为研究侧卷流燃烧系统(LSCS)和复合卷流燃烧系统(MSCS)对直喷式柴油机性能的影响,通过单缸柴油机台架开展了LSCS和MSCS的燃烧性能试验,结合仿真分析,揭示了LSCS和MSCS的缸内油、气混合特性．结果表明：在小负荷和高过量空气系数φa下,MSCS体现出较好的燃烧性能,相比于LSCS,其燃油消耗率最大降幅为3.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.13 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.6°CA;但在大负荷和低φa下,LSCS体现出更好的燃烧性能,相比于MSCS,其燃油消耗率最大降幅为2.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.56 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.8°CA．仿真结果表明：随负荷减小或φa增大,燃油射流贯穿能力减弱,复合卷流燃烧室的弧脊能更有效地提升油、气混合质量;随负荷增大或φa减小,燃油射流贯穿能力增强,复合卷流燃烧室的弧脊阻碍了燃油射流扩散,侧卷流燃烧室的分流造型能更显著地改善油、气混合过程．     

柴油机双卷流燃烧系统的研究

从喷雾高速摄影试验和多维数值模拟等方面探讨了双卷流燃烧系统促进柴油机喷雾与空气快速、均匀混合的工作机理。同时，在150系列柴油机上的试验结果表明，双卷流燃烧系统可以有效降低油耗，并且适用于高增压下的柴油机工作过程；在此基础上采用可调进气涡流，可以使发动机经济运行区域进一步扩大。     

柴油机复合卷流燃烧系统试验性能研究

基于双卷流燃烧系统(DSCS)及侧卷流燃烧系统(LSCS)利用燃烧室形状使燃油分别在纵向和横向空间形成卷流运动的结构特点,提出了能够在燃烧室横向和纵向空间依次形成卷流运动的复合卷流燃烧系统(MSCS)。为探究MSCS的试验性能,在单缸机试验台架上对不同燃油喷射角度下复合卷流(MS)燃烧室的速度特性进行了研究。研究结果表明,当燃油喷射方向正对分流造型尖端时,MSCS油耗及碳烟排放最低。为合理评价MSCS的燃烧及排放性能,与DSCS速度特性研究的试验结果进行对比。对比结果显示,相同工况下MS燃烧室的油耗较双卷流(DS)燃烧室降低4~5g/(kW·h),碳烟排放低于DS燃烧室60%左右,表明MSCS可有效地降低柴油机油耗及碳烟排放,提高柴油机综合性能。     

柴油机低氮燃烧及排放性能研究

大量研究均通过缸内或进气道喷水、废气再循环(EGR)、替代新能源等技术来减少柴油机氮氧化物(NO_x)排放,但均都是通过降低缸内燃烧温度控制NO_x生成,都需以牺牲柴油机的经济性为代价,难以突破NO_x-C排放瓶颈。基于柴油机燃烧化学反应机理,NO_x的生成主要来源于进气中的氮气(N2),提出通过控制柴油机燃烧室内氮气的含量来控制柴油机NO_x排放。以高浓度氧气(O_2)和二氧化碳(CO_2)作为4135ACa柴油机进气,减少进气中N2成分,研究柴油机燃烧和排放性能。试验结果表明:进气中N2比例大于50%时,无论如何调节O_2与CO_2比例,均难以突破柴油机NO_x-C排放瓶颈;最终以无N2进气(50%O_250%CO_2)实现柴油机的稳定运转,实现NO_x的最低排放,排放值接近零。     

燃油系统参数对柴油机燃烧及排放影响的研究

采用CFD数值模拟方法研究了柴油机燃油喷射系统参数--喷孔直径、喷雾夹角等对柴油机燃烧过程及排放的影响.研究结果表明,喷孔直径对缸内速度场影响较大,较小的喷孔直径可以促进缸内充量的混合.喷孔直径越小,缸内高温区域出现越早,而且高温区域范围越大.随着喷孔直径的减少,碳烟排放降低,Nox排放升高.改变喷雾油束夹角对缸内压力和温度影响不大,但是影响到喷雾油束的落点位置.落点位置过高,则油束喷入气缸余隙较多,燃烧质量较差,生成较多碳烟;落点位置过低,则油束喷到燃烧室凹坑底部,导致油滴沉积在温度较低的燃烧室底面上,碳烟排放恶化.     

共轨柴油机燃烧排放性能数值仿真研究

为了研究柴油机燃烧排放性能,建立共轨620柴油机包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用FIRE软件划分网格并且进行数值仿真计算,在喷油量一定的前提下分析共轨系统中各参数对柴油机燃烧与排放性能的影响。结果表明喷油提前角和共轨压力对整机性能的影响较大。增大喷油提前角和共轨压力、减小喷孔直径有利于改善燃烧排放性能。     

车用轻柴油性能对柴油机燃烧及碳烟排放的影响

从柴油的性能着手,详细论述了不同柴油性能对柴油机燃烧及对碳烟排放的影响。并介绍了能改善柴油机燃烧性能和降低碳烟排放的燃油技术。     

柴油机TR燃烧系统的性能研究

为了减少柴油机的排放污染物,设计了新型的TR(Three Rapidity)燃烧系统。该系统采用带中心喷油孔的多孔喷油嘴,使用的燃烧室是在收口ω形燃烧室的基础上改进的,底部中央有一平顶凸台,四周壁面上设有导向圆弧。在一台单缸135柴油机试验台架上对该系统的性能进行了研究。结果证明,经过优化发动机标定工况的最低油耗降到225g/(kW·h),排气烟度小于1BSU。此外,当供油提前角θfs在从20°CABTDC到3°CABTDC范围内变化时,排气烟度随供油的推迟而略有增加,同时排气中NOx浓度降低。但是随供油的进一步推迟,在中小负荷时发动机排气烟度值降低到0.3BSU以下,同时NOx浓度仍然只有100×10 6左右。     

预测双燃料直喷式柴油机性能和排放的燃烧模型

本文介绍了一种描述双燃料柴油机燃烧过程的热力学—化学反应动力学数学模型,它用含有14种化学成分的32个化学反应方程来模拟甲烷空气混合气的燃烧过程,同时还能揭示各种控制参数对双燃料柴油机性能及燃烧过程的影响程度.试验表明在较为宽广的运行范围内计算值与实测值相当一致.说明该燃烧模型能较为满意地预测双燃料柴油机的性能和排放.     

满足排放法规要求的重型车用柴油机燃烧系统

主要介绍为了满足日益严格的重型车用柴油机排放法规,适应重型柴油机发展趋势的燃烧系统需采用的关键技术措施.     

可控掺水燃烧降低柴油机排放的燃烧分析

在1135柴油机上进行掺水比例可控的燃油乳化的试验研究,使用自制的一套不需加乳化剂的在线乳化装置进行了台架试验,找出不同负荷下油耗、NOx和碳烟排放随掺水比例增加的变化规律,并从燃烧特性方面对降低排放的原因作了分析。燃烧分析说明：掺水比例可变的在线乳化燃油燃烧特性和乳化油基本一致;掺水比例随负荷变化,能够实现小负荷时工作稳定,大负荷时大幅度降低NOx和碳烟排放。     

可控掺水燃烧降低柴油机排放的燃烧分析

在不改变柴油机结构的1135柴油机上进行了掺水比例可控的燃油乳化试验研究。使用自制的一套不需加乳化剂的在线乳化装置进行台架试验,探索不同负荷下油耗、NOx及碳烟排放随掺水比例增加的变化规律,并从燃烧特性方面对降低排放的原因作了分析。燃烧分析说明:掺水比例可变的在线乳化燃油和乳化油燃烧特性基本一致;掺水比例随负荷变化,能够实现小负荷时工作稳定,大负荷时大幅度降低NOx和碳烟排放的目标。     

柴油甲醇组合燃烧对机车柴油机排放性能的影响

对一台应用于机车的中速大型柴油机,按照柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)的要求,进行了相应的改造,以探究DMCC燃烧模式对其排放性能的影响。结果表明:在800 r/min@9 600 N·m工况下,掺烧甲醇后,NO_x比排放大幅降低,但过分提高甲醇替代率,则NO_x比排放会有所升高;CO₂比排放、燃料费用随甲醇替代率的升高而降低;当量油耗则先随甲醇的替代率提高而升高,随后降低;HC比排放随甲醇替代率提高有所升高。相比于原机,在800 r/min、9 600 N·m、-4° ATDC、35.9%替代率工况, NO_x比排放仅为3.15 g/(kW·h),最大降幅达到56.5%;DMCC模式,640 r/min@6 850 N·m工况下,随着供油提前角的推迟,NO_x、HC比排放降低,排气温度逐渐升高;中等替代率下最低油耗对应的供油提前角推迟,高替代率下供油提前角提前。     

柴油机掺烧DMM的燃烧和排放性能影响研究

研究了柴油掺混不同比例二甲氧基甲烷(0～50%DMM)对柴油机燃烧和排放性能的影响.结果表明,在发动机燃油和燃烧系统不作变动的条件下,随着二甲氧基甲烷在柴油中添加比例的增加,排气烟度逐步下降,有效燃油消耗率有所增加,但折算成当量柴油的有效燃油消耗率降低,热效率增加.同一工况下,发动机排气碳烟和CO排放随二甲氧基甲烷的加入而降低,NOx则无明显的上升,HC排放随着二甲氧基甲烷的增加略有增加.混合燃料的放热规律与纯柴油相比预混燃烧量增加,扩散燃烧速率加快,发动机最高燃烧压力、放热率偏高.柴油掺混30%DMM的混合燃料能够取得较好的燃油经济性和排放水平.     

柴油机高压共轨喷射系统参数对燃烧和排放性能影响的研究

利用AVL-FIRE软件建立TBD234柴油机高压共轨燃烧过程仿真计算模型,通过仿真计算,系统分析了喷射系统主要参数对柴油机高压共轨燃烧和排放性能的影响。最后进行了试验验证,结果表明,仿真值与试验值基本吻合。研究结果为柴油机高压共轨喷射系统参数的优化设计提供了可靠依据。     

重型车用柴油机低排放直喷燃烧系统参数的优化

在车用柴油机上引用缩口低排放型燃烧室后,燃烧系统向直喷化发展。为了掌握和定量地评价这种新型燃烧室的结构及其内部气流特点,引入了涡流强度保持性的概念。并利用商用软件FIRE对这种新型直喷式燃烧室内气流的空间分布及其时间变化规律进行数值计算,结合MATLAB软件计算燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此分析不同燃烧室结构参数对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。同时,通过台架试验分析这种燃烧室内的不同涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流等参数匹配时对柴油机性能和排放特性的影响。结果表明,通过低排放缩口型燃烧室结构参数的优化,可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流强度,使得在动力性和经济性基本保持不变的条件下,可有效地改善柴油机的排放特性。     

冷、热EGR对柴油机性能、燃烧及排放特性的影响

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能,在一台4缸柴油机上针对6、12、24mg循环喷油量的负荷工况(记作低、中、高负荷)对比研究了冷、热废气再循环(EGR)对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明:EGR的引入减少了新鲜进气量,整体上延长了滞燃期,减缓了燃烧放热速率,降低了压力升高率;热EGR提高了进气温度,使低负荷时的碳氢化合物(HC)排放显著降低,热效率提高,而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低,对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR;随着EGR率的提高,三种负荷下的氮氧化物(NO_x)排放均大幅度降低,碳烟排放在低、中负荷时较低,而在高负荷时则明显升高,NO_x与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小,有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放,低负荷时为提高热效率宜采用热EGR,高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。     

直喷柴油机喷油速率对燃烧及排放的影响

本文研究了预喷射及两种较小初始喷油速率的喷油模型对燃烧及排放的影响,发现初始油速率比小孔油嘴对ＮＯｘ排放的影响更大,而后期喷油速率的增加是影响烟度的一个主要原因。