偶件间隙对机械式燃油喷射系统喷射特性影响的仿真及试验研究

以某型船用柴油机机械式燃油喷射系统为研究对象,基于单套泵管嘴系统的两对偶件泄漏量占循环油量比值这一评价参数,分析偶件间隙对喷射油量、持续期、喷射压力等喷油特性的影响。采用一维冷热态仿真计算、三维流固耦合计算和平台测试方法得到偶件泄漏量占循环油量的比值并做对比分析。结果表明:仿真计算及平台实测的泄漏量占循环油量比值均小于等于0.22%;考虑偶件最大变形量时,泄漏量占循环油量的比值也不超过5%,基本可以忽略不计。从而证明:偶件间隙并不是影响机械式燃油喷射系统喷射特性的主要因素。     

可变喷油速率的超高压共轨系统喷射控制研究

通过AMESim软件建立了喷油速率可调的超高压共轨系统仿真模型,分析了相同喷油量条件下喷油率的变化特点。采用GT-Power软件建立单缸柴油机模型,将不同喷油率导入柴油机的燃烧计算模型,研究了不同喷油率对柴油机缸内压力、缸内温度、放热率、NO_x排放、碳烟排放及输出转矩和油耗率的影响。仿真结果表明:靴形喷油速率匹配合适的喷油提前角可优化柴油机的综合性能。搭建了超高压共轨柴油机台架,开展了不同喷油速率的喷射控制试验,结果表明:与相同油量条件下的高压共轨喷射相比,柴油机实施变喷油速率超高压喷射可获得更优异的动力性和燃油经济性,动力输出提高了5%,燃油消耗量下降了6%,碳烟排放降低,但NO_x排放升高。     

高环境压力下燃油连续多段喷射喷雾特性研究

在定容弹中,基于相同的喷油压力、喷油量和环境温度,利用纹影法研究了不同的环境背压和喷油规律下的汽油直喷多孔喷油器的喷雾特性。试验结果表明:边界条件相同时,改变环境背压会影响喷油贯穿距,随环境背压上升,喷油贯穿距先减小后趋于平缓,环境背压由1MPa上升至2MPa时喷油贯穿距减小约12mm,而由2MPa上升至3MPa时基本无变化;喷油规律对喷油贯穿距和雾滴群形态均会产生影响,且在环境背压的影响协同作用下,喷油贯穿距最多可以减小约22mm;多段喷射对雾滴群燃油浓度分布调节作用显著,单段喷射的雾滴群前端密度较高,两段喷射较为均匀,三段喷射后端密度较高,连续多段喷射技术有利于形成高质量的混合气。     

柴油喷射系统的发展现状及潜力（上）

车用柴油机现在正面临降低有害排放和优化燃油经济性的重大挑战。对于柴油机技术来说 ,喷油系统技术的发展已成为柴油机达到排放指标的决定性因素。喷射压力已从 5 0MPa逐步增加到了 2 0 0MPa ,高控制柔性的喷油系统必须能够进行多次喷射和喷油规律控制。喷油系统本身具有高的效率是非常重要的。为了喷油系统的进一步发展 ,新技术如变喷孔面积的喷油嘴技术和新的执行器技术等等是关键的因素。用柔性控制的喷油系统 ,就有可能获得最佳的排放组合和燃油经济性的折中     

柴油喷射系统的发展现状及潜力（下）

车用柴油机现在正面临降低有害排放和优化燃油经济性的重大挑战。对于柴油机技术来说 ,喷油系统技术的发展已成为柴油机达到排放指标的决定性因素。喷射压力已从 5 0MPa逐步增加到了 2 0 0MPa ,高控制柔性的喷油系统必须能够进行多次喷射和喷油规律控制。喷油系统本身具有高的效率是非常重要的。为了喷油系统的进一步发展 ,新技术如变喷孔面积的喷油嘴技术和新的执行器技术等等是关键的因素。用柔性控制的喷油系统 ,就有可能获得最佳的排放组合和燃油经济性的折中。     

大缸径船用柴油机部分预混压燃的试验研究

以某中速船用柴油机为研究对象,试验研究了基于二次喷射技术对船用柴油机性能和燃烧特性的影响。结果表明,基于二次喷射技术可以实现大缸径船用柴油机部分预混压燃(partially premixed compress ignition,PPCI)燃烧模式,二次喷射的预喷正时、预喷油量及燃油喷射压力对PPCI燃烧过程有明显影响。通过二次喷射策略在单缸机开展试验研究,确定了适用于大缸径船机的PPCI燃烧的燃油喷射控制策略:在平均有效压力(break mean effective pressure,BMEP)为0.3MPa时,采用105MPa喷射压力、上止点前20°预喷时刻和20%预喷油量,在BMEP为0.6MPa时,选择120MPa喷射压力、上止点前35°预喷时刻和28%预喷油量的喷油策略,可以实现较为理想的PPCI燃烧,燃油消耗率可改善3.1%～6.2%,碳烟排放降低51%～62%,压升率降低58%～70%。     

压力控制喷射及其对重负荷柴油机燃烧和排放的影响

本文介绍一种在改变喷油率方面具有高柔性燃料喷射系统的设计、选择和性能。在整个转速和负荷范围内,该喷射系统能获得靴形喷油率及预喷射和后喷射。特别要着重指出的是,靴形喷油率不是通过节流油流,而是通过压力控制来实现的。亦即在整个喷射期内,该系统在针阀全开状态下运转,同时在针阀上部没有为减小喷油率而限制油流的节流装置。 发动机试验是在一台2升排量的单缸试验机上、在一个工况(1000r/min、200mm~3/循环=75％全负荷油量)下进行的。对靴形和预喷喷油率方案与无喷油率控制的常规喷射方案进行了对比。在烟度和燃油消耗率不变的情况下,靴形喷油率方案取得NO_x排放量降低14％的良好效果,或者是使NO_x和燃油消耗率分别降低9％和7％。预喷的效果较靴形喷射稍差。同时预喷方案对预喷正时、喷射压力和油量的变化也敏感。     

大功率柴油机双段喷射的仿真研究

以16V280ZJ型柴油机为例,通过建立该柴油机电子喷射系统的整机模型,对直喷柴油机典型的双段喷射方案进行了燃烧过程仿真计算。计算过程参数通过与试验结果的对比进行了修正,计算结果有效地反映了两次脉冲喷射的油量分配比例和喷射脉冲间隔角对排放特性及燃油经济性的影响规律,并以改善柴油机排放和降低压力升高率为目标,找出了双段喷射模式下的喷油规律优化方案。     

电控组合泵柴油机喷油正时控制研究

作为喷油量和喷油正时均可灵活控制的时间式高压燃油喷射系统,电控组合泵的喷油正时直接关系到其所匹配的柴油机燃烧和排放性能,因此必须精确控制电控组合泵的喷油正时。本文详细分析了喷油正时的影响因素,对电控组合泵燃油喷射系统的喷射正时控制策略进行了设计,标定了起射和停喷延迟脉谱以及油量线性化脉谱。实机试验表明,应用此控制策略能有效保证柴油机的燃油喷射控制,实现了电控组合泵柴油机的平稳控制。     

缸内直喷汽油机两阶段喷射喷油规律研究

基于定容积法搭建了均质混合气压燃（HCCI）燃烧模式下的缸内直喷汽油机（GDI）喷油器喷油规律测试台,在保证其测试精度的基础上,研究了GDI喷油器两阶段喷油的喷射压力、喷射背压、两次喷油间隔和体积分数对其喷油规律的影响．结果表明,喷油率随喷射压力增大呈增大趋势;喷射背压只对喷油中期的喷油率有影响且随着喷射背压的增大喷油率有所下降,但喷射背压对喷油总量影响不大．试验测得的喷射间隔小于设定值．另外,两次喷射间隔较小时出现两次喷油过程重叠,使其第2次喷油率高于喷射间隔较大时的第2次喷油率．单次喷油率和喷油持续时间随着喷射体积分数增大而增大．     

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.     

汽油机燃烧放热特征参数的量化研究及简化数模开发

基于多台汽油机性能对标试验数据的二次开发,总结出了此类发动机的燃烧效率、燃烧持续期、燃烧放热率曲线的形状参数随发动机转速、负荷、过量空气系数等运行参数的变化规律。结果表明:燃烧效率几乎只与过量空气系数相关,二者有明确的线性关系;燃烧品质参数m值主要与发动机的负荷相关,与发动机其他设计及运行参数的关系较弱,在很低负荷时m值随发动机负荷的增大而稍微增加,而当负荷高到一定值时m值稳定在2.0左右不变;燃烧放热率曲线形状呈对称形态;燃烧持续期在低负荷时随发动机负荷的增高而减小,但当平均有效压力(BMEP)大于0.8MPa后,燃烧持续期基本稳定不变。燃烧持续期随发动机运行参数的变化趋势,可用简单的线性关系来表述,并有较好的预测精度。     

用汽油和甲醇燃油分层拓展HCCI燃烧高负荷的试验研究

在一台单缸HCCI发动机上研究了进气道喷射汽油缸内喷射甲醇形成汽油甲醇燃油分层的HCCI燃烧排放特性,探索了其拓展HCCI燃烧高负荷的潜力。试验结果表明:在汽油HCCI燃烧中喷射甲醇能够有效降低缸内混合气的温度,推迟着火时刻,延长燃烧持续期,从而降低压力升高率和缸内最高燃烧压力,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。一定的HCCI负荷工况存在最佳的汽油甲醇比例,且汽油甲醇最佳比例随着负荷的增加不断减小。在最大压力升高率0.5MPa/°CA和较高的指示效率的限制下,自然吸气条件下采用汽油和甲醇燃油分层的HCCI燃烧最高负荷比汽油HCCI燃烧提高了近50%,达到0.62MPa。     

进气增压拓展汽油HCCI发动机高负荷的试验研究

在1台四冲程汽油缸内直喷式发动机上研究了进气增压对HCCI高负荷拓展的影响.试验结果表明,HCCI发动机所能达到的最大IMEP从自然吸气条件下的0.41 MPa升高到增压条件下的0.74MPa.随着增压压力的增大,燃烧持续期明显拉长,燃烧温度大幅度下降,NOx排放大幅度降低.但在高增压低负荷下,由于混合气过稀,HCCI燃烧恶化,CO排放大幅度升高.     

Experimental investigation on a DI dual fuel engine with hydrogen injection

Over the past two decades considerable efforts have been undertaken to develop and introduce new alternative fuels for the conventional gasoline and diesel. Many alternative fuels, both liquid and gaseous, have been experimented and some have even been commercialized such as ethanol, natural gas, etc. Hydrogen has been considered as an excellent fuel to replace the petroleum‐based fuels due to its clean burning characteristics. In the present experimental investigation, hydrogen was injected in the intake manifold and diesel fuel was injected inside the engine cylinder in the conventional manner. Hydrogen injection parameters such as injection timing, injection duration and quantity of hydrogen injected were optimized based on the performance and emission characteristics. Exhaust gas recirculation (EGR) technique was adopted to reduce the oxides of nitrogen emission. From the results it was observed that for hydrogen diesel dual fuel (DF) engine, the optimal operating parameters for hydrogen injection were start of injection at gas exchange top dead centre with injection duration of 30° crank angle with the hydrogen flow rate of 7.5 litres per minute (lpm). With EGR the optimized condition was found to be 20% for the entire load. The brake thermal efficiency with 20% EGR increases by 16% at 75% load as compared with diesel, while at full load it reduces by 8% due to the recirculation of exhaust gases that results in a reduction of intake oxygen concentration compared with part load. NO_X emission decreases by five and half times, while other emissions increase by 1.4 times as compared with DF engine. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

小型非道路柴油机低排放燃油喷射系统仿真与优化设计

利用HYDISM模拟软件建立了某小型非道路柴油机燃油系统的仿真计算模型,用实测高压油管压力验证了模型的精度,研究了喷油泵凸轮型线与柱塞直径、高压油管内径及喷油器类型与参数等几个重要因素对燃油系统液力过程性能影响,并确定燃油系统优化匹配改进方案。对比试验证明:优化方案提高了燃油系统燃油喷射压力,高压油管泵端压力增大了10.2MPa,嘴端压力增大了16.8MPa,分别提高了25.4%和33.6%,喷油速率提高了20%,喷油持续期缩短了22%,从而改善了燃油的雾化性能与燃烧过程,装机后排放性能得到了明显改善,排放指标满足非道路柴油机国Ⅱ排放限值要求,且具有较高裕度。     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料的燃烧特性

根据实测的喷油器针阀升程和示功图,开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时燃烧特性的研究．试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油．结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,喷油延迟角增大,而喷油持续期变化不大．滞燃期随着F-T柴油比例的增加而缩短,其中当F-T柴油的比例由0增至25%时,滞燃期缩短最为明显,此后进一步增加F-T柴油的比例,滞燃期缩短幅度减小．随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,燃烧持续期略有延长,缸内最高燃烧压力和气体最高平均温度降低,最大压力升高率显著下降,发动机的燃烧噪音和机械损失减小,有效燃油消耗率和有效热效率得到改善．     

喷射参数对柴油机燃烧与排放特性的影响

在一台共轨柴油机上进行了喷射压力、喷射定时、后喷量及后/主间隔角等喷射参数影响作用的试验研究,利用FIRE软件数值模拟获取微观场变化信息,综合分析了喷射参数对缸内燃烧与有害排放物生成的影响机理及规律.结果表明,提高喷射压力和提前喷射定时有利于改善燃油经济性及碳烟排放,但在喷射压力较高(120～130,MPa),喷射定时提前到上止点前2°CA时,再提前喷射定时对碳烟的影响不大,而NOx的生成量显著增加,同时会引起燃烧粗暴.当后/主间隔角一定(15°CA),后喷量为1.5～2.0,mg时,烟度值达到最低,降幅为28%左右;后喷量为1.5,mg时,后/主间隔角在25,oCA附近,烟度达到最低,降幅达到20%.因此,引入后喷时需要选取适当的后/主间隔角和后喷油量,既要增强后喷燃油对缸内流场的扰动效果,使得更多的氧气进入主喷的燃烧产物区,加速碳烟的氧化又要避免进入高温缺氧区域内的后喷燃油量过多以及燃烧过于拖后等负面影响.     

音圈电机喷油器结构参数对喷油性能的影响研究

为了研究音圈电机(voice coil motor,VCM)喷油器特性,利用AMESim软件建立音圈电机喷油系统的一维液力仿真模型,并验证了其准确性。通过对不同喷油器结构参数的仿真研究,分析了喷油器柱塞和针阀的结构参数对喷油压力、动态响应特性及流量特性的影响规律。结果表明喷油器结构参数的变化对针阀动态响应性、喷油压力、循环喷油量等喷油性能参数具有重要影响,柱塞的质量、弹簧刚度过大或者针阀质量过小,都会造成系统的不稳定。