燃油喷射参数对发动机燃用生物柴油BD20燃烧特性的影响

以满足国-Ⅴ排放的某增压中冷高压共轨柴油机为试验样机,系统分析了预喷、主喷、后喷对该机燃用生物柴油BD20滞燃期、燃烧持续期、缸内压力、瞬时放热率、累计放热率、压力升高率等燃烧特性的影响。结果表明:滞燃期受预喷射和主喷射影响较大,后喷对滞燃期基本没有影响,且滞燃期随预喷油量的增加而变短,随预喷间隔角的增大呈先缩短后增长的变化趋势;主喷定时对燃烧持续期的影响较大,主喷定时推后,燃烧持续期缩短;发动机采用预喷可以使燃烧变得相对柔和,且预喷油量对缸压的影响大于预喷定时;发动机采用后喷,主燃烧前期和中期的燃烧特性参数基本没有变化,燃烧后期缸内压力降低且压力升高率及放热率增加,后喷提高燃烧后期的缸内温度;采用较大的预喷间隔角和适当提前主喷正时可以显著改善燃用BD20时的动力性,而预喷油量及后喷射对动力改善不明显。     

喷油策略对汽油压燃颗粒物排放特性的影响

在一台单缸柴油机上研究了喷油参数(预主喷间隔角、预喷比例、主喷时刻和喷油压力等)对汽油压燃(gasoline compression ignition,GCI)颗粒物排放特性的影响。研究结果表明:喷油策略对缸内油气混合及进一步对燃烧过程的影响是其影响颗粒物排放特性的主要因素。在设定的研究工况下,随预主喷间隔角增大,积聚态颗粒数量浓度下降,但核态颗粒数量浓度基本不变,颗粒物中的核态和超细颗粒比例明显升高;增大预喷比例,核态颗粒和积聚态颗粒数量浓度均大幅降低,颗粒物中的核态和超细颗粒比例变化较小;主喷时刻提前,颗粒物数量浓度下降,平均粒径减小,数量浓度峰值向小粒径方向偏移;提高喷油压力可有效降低积聚态颗粒数量浓度,缩小缸内生成颗粒物的粒径范围,但对核态颗粒的数量浓度影响较小。     

燃烧参数对柴油机噪声的影响

我们主要研究了燃烧参数对柴油机噪声的影响。首先,通过电控ECU改变转速、预喷开关、预喷油量、预喷间隔角、主喷提前角和轨压,研究其对怠速噪声的影响。结果表明,降低转速、增加预喷、合理的预喷参数和降低轨压都可以有效的降低柴油机整机怠速噪声,并且轨压的影响更为明显。其次,以轨压作为变量,研究了其对外特性工况噪声的影响。结果表明,在外特性工况下,轨压对整机噪声的影响较小。我们的研究主要为降低柴油机噪声提供一定的参考依据。     

基于PLS的喷油参数对共轨柴油机颗粒物排放特性影响研究

基于偏最小二乘法(partial least-squares regression,PLS)对影响高压共轨柴油机颗粒物排放特性的多次喷油参数进行了回归分析,研究了轨压、主喷正时和预(后)喷间隔、预(后)喷油量各喷油参数对柴油机颗粒物数量浓度、核态颗粒物数量浓度比例和颗粒物粒径分布形态等颗粒物排放特性的影响力度、影响方式和解释能力。研究结果表明:主喷正时、轨压、预(后)喷油量、预(后)喷油间隔均会对共轨柴油机的颗粒物排放特性产生不同显著水平的影响。主喷正时提前能够降低颗粒物数量浓度,低转速时主喷正时提前会提高核态颗粒物比例,中高转速反之;提高轨压会使得颗粒物数量下降,核态颗粒物数量比例上升;提高预喷、后喷油量会导致颗粒物数量浓度上升,核态颗粒物数量比例下降。各喷油参数使得核态颗粒物的比例上升在颗粒物粒径分布图中的表现为小粒径峰值与大粒径峰值之间的差变小,分布曲线由双峰分布更趋向于单峰分布。     

进气组分耦合预喷对柴油机燃烧过程影响模拟

通过高压共轨柴油机,基于正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化动力学机理耦合三维CFD模型,模拟研究不同进气组分(O_2、H_2和CO_2)耦合策略对发动机燃烧过程的影响.研究表明:当预-主喷间隔为4°,CA时,相比单次喷射,预喷使主喷滞燃期明显缩短(尤其掺H_2时),瞬时放热率峰值与最大压力升高率(MPRR)均降低;但随预-主喷间隔增大,预喷对主喷燃烧影响减弱.进气掺O_2时,富氧氛围使燃油充分燃烧,预-主喷间隔对NO和碳烟(soot)影响均较小.进气掺H_2和CO_2时,预喷使乙炔(C2H,2)和多环芳香烃芘(A4)生成增多,导致soot排放较单次喷射显著升高(尤其掺CO_2).但随预-主喷间隔增大,soot因主喷滞燃期延长而逐渐降低;对于进气掺H_2,预喷油量为10%,时,随主喷定时推迟,MPRR降低,soot升高;当预喷量增至20%,时,预喷燃烧会引起大量H_2早燃放热,削弱主喷定时对主喷燃烧的影响,MPRR因燃烧重心前移仍较高.因而进气掺H_2,预喷比例不宜过高,且喷油定时应适当推迟.     

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。     

柴油发动机标定参数对噪声的影响

本文通过对特定发动机试验所得结果的定性及定量探讨,论述验证了发动机四个标定参数:喷油轨压、喷油起始点、预喷油量、预喷与主喷间隔,在低功率段下,对燃烧噪声以及机外测得的声功率噪声的影响。     

直喷式柴油机两段喷射计算模拟

以KIVA-3为计算平台，计算模拟4气门直喷式柴油机不同预喷油提前角的两段喷射燃烧历程。其结论是：150CA BTDC以后的预喷提前角，其预喷与主喷柴油都以扩散燃烧为主；预喷柴油燃烧与缸内流动的共同作用，使缸内温度、质量分数分布更加复杂。氧质量分数分布差异是不同预喷油提前角对主喷燃烧放热率影响的主要因素。     

基于两段燃油喷射的LTC燃烧影响因素的试验研究

基于两段燃油喷射,利用主喷射产生均质混合气,并利用触发喷射来引燃,实现了低温燃烧(low temperature combustion,LTC)。针对两段燃油喷射LTC燃烧模式,研究了主喷射和触发喷射的喷油量比例及主喷射提前角对LTC燃烧的影响。试验结果表明:触发喷射可以有效地控制LTC的燃烧相位,并可以有效拓宽主喷射提前角范围。主喷射提前角对LTC燃烧有很大影响,喷射过早会导致过多的燃油附壁,且缸内的温度压力较低不利于混合气形成;喷射过迟会导致主喷射与触发喷射间隔太小,主喷燃油没有足够的时间形成均质混合气,排放增加。针对不同的喷油比例优化主喷提前角可以实现燃烧相位的有效控制,并能够降低排放。     

电喷柴油机优化燃烧和排放的数值模拟

应用三维CFD模拟软件FIRE,对1台6106柴油机在不同预喷油量,主预喷定时和主预喷间隔的条件下的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟。通过分析缸内压力和温度变化以及燃烧产物的质量分数,研究了预喷射参数对燃烧过程及NOx和碳烟的影响。结果表明:采用不同预喷射策略,可有效降低缸内燃烧压力,优化柴油机的排放。随着预喷油量的增加,NOx变化不大,烟度(Soot)逐渐增加;随着预喷定时的提前,Soot生成量变化不大,NOx排放逐渐增加。     

喷油参数对丁醇/柴油混合燃料燃烧及排放影响

针对高压共轨柴油机,研究了不同喷油压力和主预喷间隔角度下,正丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及颗粒物排放的影响规律.结果表明:柴油中掺混正丁醇后,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧持续期缩短,碳烟及颗粒物排放大幅降低,微粒粒径减小,核态微粒比例增加,NO_x排放变化不大.喷油压力由80MPa提高至100MPa,混合燃料消光烟度明显降低,继续提高喷油压力不但对碳烟排放降低作用减弱,还会进一步造成NO_x排放增加,同时核态微粒数量明显增加.主预喷间隔角度过小会造成主预喷燃油燃烧重叠,使碳烟排放增加,随主预喷间隔角度增加,总微粒、积聚态微粒数量浓度明显降低,核态微粒比例增加,当主预喷间隔角度增大到20°CA后,继续增大主预喷间隔角度对碳烟排放降低作用不明显.     

预喷射对柴油机噪声影响的研究

本文主要对比高压共轨柴油机开启预喷后,发动机整机噪声的变化情况。通过三个工况验证预喷的降噪作用。对比不同预喷提前角和预喷油量对燃烧噪声的影响,通过放热率的比较,简单分析原因。     

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.     

某高压共轨柴油机起动过程参数匹配研究

针对某高压共轨柴油机常温环境下起动困难问题,以起动时间为优化目标,采用正交试验法,对起动过程中加速阶段的四个参数(喷油量、主喷油提前角、预喷油量和预喷油提前角)进行优化匹配。通过正交试验,确定了参数的主次影响关系、对起动时间的影响规律和参数优化匹配方案,改善了柴油机起动性能,并为下一步参数优化提供指导。     

预喷射对增压柴油机高负荷燃烧和排放的影响

应用CFD模拟软件FIRE针对车用增压柴油机在高负荷工况下采用预喷射策略的缸内工作过程进行了数值计算,并分析了预喷射量和预/主间隔角对燃烧过程和排放的影响.研究结果表明,随预/主间隔角和预喷射量的增加燃烧始点提前,主喷燃油的燃烧速率加快,燃烧重心和终点提前,致使缸压峰值、放热率峰值和温度峰值均有所升高和前移;同时,对于NOx和碳烟,预喷射量和预/主喷射间隔角存在两个界限,在两个界限之内能获得较好的NOx和碳烟的折中关系,并且这两个界限与预喷射量和预/主喷射间隔角存在着一定的关系,当预喷射量和间隔角较小时碳烟生成量较高,而预喷射量和间隔角过大时NOx生成量急剧增加.     

后喷策略对柴油机排放物生成影响的数值模拟

本文采用数值模拟的方法对某柴油机燃烧过程进行了研究,通过与试验的对比获得了可信的计算模型,基于确立的计算模型设计了9种不同的后喷喷射策略,分析了后喷喷油量及主后喷间隔角对排放性能及缸内流动燃烧的影响。结果表明：在一定范围内,随着后喷量和主后喷间隔角的增加,缸内燃烧放热规律及温度曲线的峰值降低,NOx排放降低。适当增大主后喷间隔角,加强了主后喷间隔期缸内气流的运动,能够促进Soot的氧化,但当间隔角过大时,一方面降低了缸内温度,另一方面使部分Soot扩散到活塞与缸套夹缝处,导致Soot难以氧化,致使Soot生成量增大。     

燃料物性和喷油策略对船用柴油机性能和排放影响的模拟研究

采用多维数值模拟的方法系统研究了不同燃油性质和喷油策略对船用柴油机性能和排放的影响。研究结果表明:无论使用重油还是轻油,采用顺序喷射、预喷和后喷都能在降低燃油消耗率的同时降低NO_x排放;顺序喷射方案能在两个喷油器的喷射间隔为4°时达到最低的燃油消耗率;大比例预喷匹配合适的主预喷间隔容易获得较低的燃油消耗率,小比例预喷匹配合适的主预喷间隔容易获得较低的NO_x排放;后喷策略对燃油消耗率改善不明显,随着主后喷间隔增大或者后喷油量的增加,燃油消耗率均呈现增加的趋势。     

基于喷油策略和阿特金森循环的汽油压燃发动机高负荷性能优化研究

基于单缸机开展了多次喷射和阿特金森循环对汽油压燃(gasoline compression ignition,GCI)发动机性能影响的试验研究,试验分别研究了单次喷射、两次喷射及两次喷射结合阿特金森循环对GCI中高负荷性能的影响。结果表明,单次喷射中喷油压力、喷油时刻和喷油量对GCI燃烧有显著的影响,提高喷射压力可提高发动机的平均指示压力,降低循环波动,但喷油压力过高会导致燃烧对喷油时刻变化异常敏感,使燃烧难以正常进行;喷油量增加可提高发动机的平均指示压力,但过高的喷油量会导致不完全燃烧的燃油量增加,热效率下降。在两次喷射中,主喷时刻对燃烧起着决定性的影响。主喷时刻提前,发动机动力性有所提升,但压升率也随之增加;主喷时刻推迟,发动机动力性相应降低,同时循环波动增加。增加预喷量有利于发动机性能的提升,但预喷量过大会导致燃烧可控性降低。阿特金森循环能明显提升GCI热效率,其主要原因是减少了压缩行程的压缩负功,同时燃烧并未恶化,膨胀做功并未降低。     

预喷射对柴油机瞬态工况燃烧噪声控制策略的试验研究

通过瞬态与稳态工况燃烧噪声测试试验,开展预喷射对柴油机瞬态工况燃烧噪声控制的研究。从缸内压力升高率最大值来分析预喷射对瞬态与稳态工况燃烧噪声不同的影响机理。通过分析预喷射对瞬态工况与稳态工况燃烧噪声的控制差异,得出预喷射同样能够降低瞬态工况燃烧噪声,但控制效果低于稳态工况。在此基础上,得出预喷射控制瞬态工况燃烧噪声的策略:相对于稳态工况,瞬态工况下应取较大的预喷量和与主预喷间隔,并得到试验的验证。     

两次喷射策略对汽油/聚甲氧基二甲醚高预混燃烧及排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对汽油/聚甲氧基二甲醚(PODE)高预混合燃烧(HPCC)影响的试验研究。研究结果表明:预主喷两次喷射策略能缩短主喷滞燃期,提前着火时刻;预主喷间隔较小或较大时,汽油/PODE HPCC燃烧放热率峰值较低;预主喷间隔为35°时燃烧放热率峰值最高,放热更加集中。预喷比例越大,预主喷间隔和主喷时刻对最大压升率和指示热效率的影响越大。通过预主喷两次喷射策略优化,可以显著提高汽油/PODE HPCC燃烧的指示热效率,减少碳氢和碳烟排放,但最大压升率有所增加。高负荷时,汽油/柴油HPCC因为碳烟排放的限制,适合采用两次喷射策略;汽油/PODE HPCC受限于最大压力升高率,更适合采用单次喷射策略。