缩口燃烧室中气流特性与燃油喷雾匹配对柴油机燃烧及排放的影响

利用三维数值仿真软件FIRE,对缩口直喷燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷射时刻匹配时对缸内速度场、浓度场和温度场分布特性的影响进行了仿真分析.研究了燃油喷雾与不同燃烧室空间气流特性匹配时的混合气形成特点和燃烧过程,并对混合气形成特点对发动机性能的影响进行了试验研究.结果表明,缩口燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷油正...     

缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。     

直喷柴油机燃用大豆油甲酯生物柴油的排放和燃烧特性

针对一台增压中冷直喷柴油机,在发动机的结构和参数不作变动和调整的条件下,研究了B0、B10、B20和B30四种不同低十六烷值大豆油甲酯生物柴油体积分数的混合燃料对发动机排放和燃烧特性的影响。研究结果表明,随着燃料中生物柴油含量的增加,发动机的动力性逐渐降低,使用B10时动力性变化不大,额定功率只下降1.2%;燃油消耗逐渐增加;CO、HC和碳烟排放降低,NOx排放增加,但增加的幅度较小;发动机缸内最高燃烧压力和放热率峰值逐渐降低,与其对应的相位逐渐推后,燃烧始点和燃烧终点逐渐延迟,滞燃期和燃烧持续期逐渐延长。     

高压共轨喷射柴油机采用燃料主喷和后喷的燃烧模拟

为了解后喷对柴油机燃烧、排放的作用,利用商用计算软件STAR-CD对高压共轨柴油机进行了改变后喷量和主后喷间隔的燃烧模拟。结果表明,后喷对NOx影响不大,碳烟显著降低。随着后喷量逐渐增大,碳烟曲线由单峰演变为双峰,且峰值明显降低,这是后喷燃油恰处于氧气较浓的区域着火燃烧,产生碳烟相对较少的结果。后喷扰动使得燃油和碳烟与氧气的混合加强,燃烧强化,高温区增大,后期碳烟氧化速率明显增大。主后喷间隔4°CA时25%后喷量的作用最明显,碳烟最终生成量减少37.6%。综合考虑热效率,认为后喷量取20%左右为宜。主后喷间隔过大时,碳烟有增加的趋势。     

高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

新型多种燃料高速直喷柴油机的结构和性能研究

传统直喷式高速柴油机对燃油的各项性能有较高的要求。本文在分析了燃油特性与柴油机相互适应性的基础上,对一种新型燃烧多种燃油的高速直喷柴油机的结构特点和性能进行了研究,研究结果表明:该柴油机采用轴针式喷油器、铰接式铸铁活塞、高温机油局部冷却、双热区燃烧模式、废气涡轮增压中冷等结构,能有效地燃烧多种燃料。燃烧植物油时获得了与燃烧柴油时同样好的综合性能指标。     

缸内直喷发动机分层燃烧过程仿真

利用CFD软件建立了缸内直喷(GDI)发动机的缸内分层燃烧过程三维模型,并通过仿真计算研究了喷油时刻与点火时刻对GDI发动机分层燃烧过程的影响,采用示功图验证的方法对比了实验结果与模拟结果,证明两者具有较好的一致性。通过对比不同喷油与点火相位对分层燃烧过程及排放的影响,得出了文中给定工况下相对最佳的喷油、点火相位。本文方法也适用于标定其他工况下的最佳喷油相位及点火相位。     

废气再循环对直喷汽油机燃烧及排放影响的仿真

应用计算流体力学(CFD)软件对一台带有废气再循环(Exhaust gas recirculation,EGR)系统的均质缸内直喷(Gasoline direct-injection,GDI)汽油机进气冲程至作功冲程排气门开启时段进行了三维仿真,研究了不同EGR率和过量空气系数λ对缸内状态及排放特性的影响,探讨了温度场、火焰面密度、NO浓度场、CO浓度场、微粒浓度场等参数的变化趋势。结果表明:EGR率为10%时,能在对燃烧过程影响不大的情况下有效降低排放质量;同时,在缸压稍有下降的情况下,λ=1.1时能有效降低排放质量;λ=1.0时能保持较高的缸压和中等的排放水平。     

柴油机燃烧过程模拟分析

为了解柴油机燃烧的微观情况,利用商用计算软件STAR-CD对增压中冷柴油机进行了燃烧模拟分析。在试验台架上调整供油提前角,针对烟度及NOx排放性能进行了试验,为模拟计算获取了温度、压力等初始条件。对试验工况进行了燃烧模拟,结果表明,喷油过程会形成喷注头部,在喷油后期喷注尾部又从喷注整体上脱落;未来得及燃烧的燃油撞壁后,其小部分向上运动逐渐进入余隙狭缝之中,大部分向下沿ω形壁面形成滚流运动;着火首先发生在油束外缘区域,并且随着燃烧的进行,高温区一直出现在燃油蒸汽的外层。     

喷油参数对车用发动机油气混合及燃烧的影响

在一台高压共轨CA6DL2-35E3重型柴油机欧3喷油MAP基础上借助INCA标定工具进行为优化喷油参数的单因素调整试验,并利用STAR-CD软件获取的微观场变化综合分析喷油参数对油气混合及燃烧的影响规律。结果表明:提高喷油压力(单段喷射)可提高缸内油气混合速率,除NOx排放外,燃油经济性及碳烟排放均有改善。引入后喷后(三段喷射),在喷油方向上保证氧气充足的前提下尽可能减小主后喷间隔的同时,选取适量后喷油量强化喷油末期油气扰动可实现对燃烧全过程的油气混合控制,并综合实现对发动机性能的优化。     

直喷式柴油机起动过程排放历程分析

柴油机冷机起动排放高于热机起动,为了分析其排放的变化历程及形成原因,利用瞬时转速及燃烧测试系统,在直喷式柴油机上进行了冷机与热机起动对比试验。试验结果表明,冷机起动整个过程中供油量较高,导致冷机起动总体排放量比热机高。冷机起动初始期失火循环和燃烧不完全循环以及过渡期滞后燃烧循环较多,导致这两个阶段的HC和CO排放明显升高。降低起动供油量,减少在起动初始期和过渡期产生的不完全燃烧和失火循环,是降低柴油机起动过程排放、进行燃烧过程优化控制的重点。     

近后喷对高压共轨柴油机燃烧过程影响的数值计算

应用CFD模拟软件FIRE针对车用增压共轨柴油机在高负荷工况下采用近后喷策略的缸内工作过程进行了数值计算。分析了后喷量和主/后间隔角对燃烧过程的影响。研究结果表明,随着后喷量和主/后间隔角度的增加,缸内燃烧压力、放热规律及缸内温度曲线的峰值降低,燃烧重心推迟,燃烧噪音和NOx生成量减少,但经济性有所恶化。同时,增大后喷量一方面可使后喷燃油的贯穿距增大,在壁面附近高温缺氧区域内形成的燃油蒸汽增多,增加了后喷燃油的Soot的生成量,另一方面增强了对缸内流场的扰动效果,使得更多的氧气进入燃烧产物区,加速了Soot的氧化,因此选取适当的后喷量可以获得较低的Soot的生成量。后喷间隔过大时,Soot排放有明显增加的趋势。     

天然气制油/柴油混合燃料对小型柴油机燃烧特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统,研究了GTL(Gas to liquid)添加比例对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下燃烧特性的影响规律。结果表明:在稳态和恒转速增转矩瞬态工况下,GTL添加比例对燃烧参数的影响具有基本相同的规律,随着GTL燃料添加比例的增加,着火始点提前,滞燃期缩短,预混合燃烧期和预混合燃烧量减小,缸内压力峰值、放热率峰值、燃烧温度有所降低,有利于降低NOx的排放量和燃烧噪声。当添加少量GTL燃料时,燃烧持续期延长,随着GTL添加比例的增加,燃烧持续期有所缩短。100%GTL燃料的燃烧持续期与柴油相当。     

柴油发动机燃烧模式切换控制策略

针对柴油机低温燃烧/压燃(LTC/CI)燃烧模式切换过程中的瞬态控制问题,提出并开发了组合燃烧模式下的燃油系统和空气系统协调控制策略。实验结果表明,采用油气协调的控制策略,燃烧模式切换快速平稳,保证了LTC的减排效果。