低散热柴油机燃烧过程模拟研究

在分析低散热柴油机燃烧过程特点的基础上,建立了一个准维三区燃烧模型,喷油规律的计算进行了简化处理,考虑高温喷雾燃烧区和产物区的辐射传热,对低散热柴油机在不同隔热条件下缸内燃烧过程进行了编程计算。计算针对12150L柴油机燃烧室受热表面喷涂ZrO2陶瓷热障涂层进行。结果表明,隔热后,燃烧滞燃期缩短,燃烧持续期延长,后燃现象有增强趋势。只隔热活塞顶时滞燃期较其它两种隔热方式长,燃烧持续期短,燃烧恶化现象相对不明显。     

EGR率对柴油机低温燃烧滞燃期影响的试验研究

根据缸内压力求得缸内平均温度和放热规律,分析了进排气系统的O2体积分数、燃烧始点、喷油始点和终点的温度、压力对低温燃烧早喷射和晚喷射两种情况下滞燃期的影响,早喷射和晚喷射一样随着废气再循环(EGR)率的增大而延长了滞燃期。早喷射的滞燃期要短于晚喷射的滞燃期,因此为了能够让空气与燃油有更多的时间混合,早喷射比晚喷射需要更大的EGR率。但随着大量EGR的加入,过量空气系数不能反映混合气中O2体积分数,滞燃期与混合气温度、压力和O2体积分数有关,在影响低温燃烧滞燃期的因素当中,温度对滞燃期的影响最为明显。     

柴油喷雾着火过程的化学动力学模拟

在直喷式柴油机准维燃烧模型的基础上,建立了能描述柴油机着火前燃油的氧化历程及着火滞燃期的多步着火化学动力学子模型,它不仅可以很好地模拟实际柴油机的燃油氧化过程,而且可以较好地反映着火滞燃期随各种因素的变化关系,比以往的描述着火滞燃期的经验模型更具有合理性和先进性。整个燃烧模型的计算结果及其与试验结果的对比还表明,本模型能够合理地预测柴油机的燃烧过程。     

喷油系统参数对二甲醚喷雾燃烧过程影响的实验研究

对发动机喷油系统参数对二甲醚(DME)喷雾燃烧过程的影响进行了实验研究，包括喷孔直径和喷油提前角对喷雾燃烧过程的影响。研究结果表明，喷孔直径对DME着火滞燃期和燃烧持续期几乎没有影响，喷孔直径增大，喷雾核心贯穿距增大，燃烧火焰在壁面附近持续时间延长；对于小孔径喷油嘴，燃烧火焰在喷嘴附近持续时间较长，在燃烧中后期可以看到明显的火焰亮光，表明小孔径喷油嘴易产生泄漏，而且随着孔径减小，亮度加强，泄漏越严重；示功图分析结果表明，喷孔直径增大，缸内工质平均温度升高，平均有效压力增大，大孔径喷油嘴有利于提高发动机热效率，但会导致NOx排放升高，在实验条件相当的情况下，喷油提前角对二甲醚着火滞燃期和燃烧持续期几乎没有影响。     

中速柴油机燃用重质燃料油的试验及数值模拟研究

以某型号大功率中速柴油机为研究对象,以燃烧性能试验和数值模拟方法研究了重质燃料油在该机上的燃烧性能、动力性能和燃油经济性。研究表明:与燃用轻柴油相比,在燃用重质燃料油时,柴油机保持了原有的动力性能;燃油消耗率有所上升,但考虑重质燃料油的低成本因素,其经济性有较大程度改善。为了进一步改善燃油经济性并保证燃用重质燃料油时柴油机的可靠性,对喷油嘴等燃油系统关键部件进行改进设计是必要的。     

柴油机预混合燃烧滞燃期的试验

滞燃期是柴油机预混合燃烧当中一个极为重要的参数.在电控共轨柴油机上进行了EGR率、喷油始点、喷油压力、负荷、转速和进气温度等单一参数对预混合燃烧滞燃期的试验研究.结果表明,名义过量空气系数能够帮助解释各试验参数对柴油机预混合燃烧滞燃期的影响.混合气的温度、压力和混合气中O2浓度影响柴油机预混合燃烧的滞燃期.提高进气温度...     

中速柴油机燃用低质混合油的试验研究

在一台中速柴油机上进行了轻柴油和低质混合油的动力性能试验,通过对缸内压力曲线的分析,对比研究了轻柴油和低质混合油的缸内燃烧情况;比较了两种喷油嘴参数对应的柴油机动力性能;研究了燃油温度对低质混合油动力性能的影响。结果表明,采用原机喷油嘴,与燃用轻柴油相比,燃用低质混合油时,在中低负荷条件下,燃烧压升率变大,最高燃烧压力升高;高负荷条件下,缸内最高燃烧压力有所降低;采用喷孔数及喷孔直径均增加的新喷油嘴后,在各个工况下燃用低质混合油时的最高燃烧压力比燃用轻柴油时的高;随燃油温度升高,缸内燃烧压力升高,但燃油温度升高到一定限值后,动力性能下降。     

湍流射流点火对天然气发动机燃烧特性影响的试验研究

湍流射流点火（Turbulent Jet Ignition,TJI）是一种有效的燃烧增强技术,可提供更高的点火能量,使发动机稳定着火,且可以提高燃烧压力和燃烧速率,缩短燃烧持续期,是实现发动机稀薄燃烧的有效手段。基于一台带有预燃室的点燃式单缸试验机,开展了TJI模式下天然气发动机性能的试验研究。首先,研究了不同过量空气系数下TJI对天然气发动机动力性能、排放性能及燃烧特性的影响,并与火花塞点火（Spark Ignition,SI）模式进行对比;其次,在稀燃条件下分别探究了进气增压和预燃室喷氢对天然气发动机动力性、经济性及燃烧过程的优化作用。结果表明：TJI的使用可有效拓展天然气发动机的稀燃极限,且燃烧滞燃期和燃烧持续期均更短,放热率更高;过量空气系数1.5为甲烷TJI最佳稀燃工况,此时燃油消耗率最低,且可实现氮氧化物近零排放;此外,采用进气增压的方式可以提高TJI发动机在高负荷下的经济性;TJI模式下,相较于预燃室喷甲烷,预燃室喷氢气可进一步缩短滞燃期和燃烧持续期,提高放热率,达到提升TJI性能的效果。     

预燃室湍流射流点火甲醇发动机稀薄燃烧和排放特性试验研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)甲醇发动机燃烧特性、性能表现和排放特性的试验研究。结果表明,TJI燃烧模式燃烧速率较快,放热率(heat release rate,HRR)峰值明显较高,且具有更短的滞燃期和燃烧持续期。随着过量空气系数变大,缸内压力和放热率峰值变小,TJI和火花塞点火(spark ignition,SI)燃烧模式滞燃期和燃烧持续期均变长。此外,TJI燃烧模式可有效提升甲醇发动机的稀薄燃烧稳定性,可将稀燃极限拓展至过量空气系数2.0。TJI燃烧模式下平均指示压力略低于SI模式;然而对于过量空气系数大于1.1的稀燃工况,TJI燃烧模式指示燃油消耗率更低,在过量空气系数1.3时低于570 g/(k W·h),说明其具有更好的燃油经济性。TJI燃烧模式下氮氧化物排放量明显低于SI燃烧模式,过量空气系数1.1时降低约37.2%,并且在过量空气系数大于1.3的极稀燃工况具有相对较低的甲醛CH₂O和碳氢化合物排放。     

隔热内冷汽油机燃烧,传热与热力的初步分析

本文以测定汽油机几种工况的燃烧室压力变化为基础,研究了隔热内冷汽油机对燃烧过程、传热损失及有效效率的影响.测定分析表明,与常规发动机相比燃烧过程的滞燃期缩短,压力升高率与最大燃烧压力升高,燃烧持续期缩短,而最高燃烧温度基本不变.理论计算分析表明,燃烧宣传热损失减少8%,机械效率提高2.3～2.4%,有效效率提高6.0～6.9%.     

对柴油机用轴针式喷油器实现直喷燃烧的分析

从研究Elsbett“双热区”隔热直喷燃烧系统（DuothermicCombustionSystem）出发,分析了喷雾贯穿。喷孔直径、喷油器安装位置、铰接式铸铁活塞、采用机油冷却及增压等对混合气形成及燃烧过程的影响。认为,适当增加进气涡流强度、缩小喷孔与轴针之间的配合公差、采用铸铁活塞头部、以机油作为冷却介质、实现高温冷却等措施,有利于改善小缸径柴油机混合气形成及燃烧过程。“双热区”燃烧系统对采用轴针式喷嘴实现小缸径柴油机的直喷燃烧有许多值得借鉴之处。     

喷油提前角对柴油机燃烧特性的影响

为了研究柴油机在不同喷油提前角下的燃烧特性,采用三维流体数值分析软件AVLFIRE建立了某型柴油机燃烧计算模型.在不同喷油提前角下,对燃烧滞燃期、油气混合程度、温度、燃空当量比、放热率和压力进行分析,得出:随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,着火时刻形成的可燃混合气增多,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高同时放热规律相...     

进气涡流和喷油系统参数对大功率柴油机混合气形成的影响研究

通过对大功率柴油机的油气混合及燃烧过程进行三维数值模拟,定量研究了进气系统和喷油系统的参数对混合气形成的影响。结果表明：进气涡流通过加速空气掺和到喷注中的过程,增强空气与油滴的相对运动,加速空气向油滴的传热等促进燃油与空气的混合;喷孔数通过影响燃油的贯穿距离以及空气夹带量进而影响油气的混合。利用燃油质心的偏转角和燃油质心贯穿距离定量表征进气涡流以及喷孔数对油气混合的影响。     

The effect of hydrogen injection parameters on the quality of hydrogen–air mixture formation for a PFI hydrogen internal combustion engine

To research the quality of the hydrogen–air mixture formation and the combustion characteristics of the hydrogen fueled engine under different hydrogen injection timings, nozzle hole positions and nozzle hole diameter, a three-dimensional simulation model for a PFI hydrogen internal combustion engine with the inlet, outlet, valves and cylinder was established using AVL Fire software. In the maximum torque condition, research focused on the variation law of the total hydrogen mass in the cylinder and inlet and the space distribution characteristics and variation law of velocity field, concentration field and turbulent kinetic energy under different hydrogen injection parameters (injection timings, nozzle hole positions and nozzle hole area) in order to reveal the influence of these parameters on hydrogen–air mixture formation process. Then the formation quality of hydrogen–air mixture was comprehensively evaluated according to the mixture uniformity coefficient, the remnant hydrogen percentage in the inlet and restraining abnormal combustion (such as preignition and backfire). The results showed that the three hydrogen injection parameters have important influence on the forming quality of hydrogen–air mixture and combustion state. The reasonable choice of the nozzle hole position of hydrogen, nozzle hole diameter and the hydrogen injection time can improve the uniformity of the hydrogen–air mixing in the cylinder of the hydrogen internal combustion engine, and the combustion heat release reaction is more reasonable. At the end of the compression stroke, the equivalence ratio uniform coefficient increased at first and then decreased with the beginning of the hydrogen injection. When hydrogen injection starting point was with 410–430°CA, equivalence ratio uniform coefficient was larger, and ignition delay period was shorter so that the combustion performance index was also good. And remnant hydrogen percentage in the inlet was less, high concentration of mixed gas in the vicinity of the inlet valve also gathered less, thus suppressing the preignition and backfire. With the increase of the distance between the nozzle and the inlet valve, the selection of the hydrogen injection period is narrowed, and the optimum hydrogen injection time was also ahead of time. The results also showed that it was favorable for the formation of uniform mixing gas when the nozzle hole diameter was 4 mm.     

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)--对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法，以碳酸二甲脂(DMC)为例，研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性，以及主要工况下的示功图，并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现：在柴油中加入一定比例的DMC后，由于物性参数的变化和喷雾特性的改善，混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放——热效率得到明显的提高，尤其在低转速下改善显著；烟度和氮氧化物排放同时降低，外特性线上的一氧化碳降低，碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现：DMC柴油混合燃料的着火延迟延长，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短。     

生物柴油燃烧过程内窥镜高速摄影试验研究

采用内窥镜直接高速摄影的方法，对燃烧柴油和生物柴油发动机的燃烧过程进行了试验研究，分析了柴油、生物柴油、不同比例的生物柴油／柴油混合燃料的着火延迟期、着火点位置、燃烧温度和燃烧速度的变化规律。研究结果表明：燃油喷射过程中，柴油的喷雾锥角大于生物柴油的喷雾锥角；生物柴油在预混燃烧阶段的燃烧速度大于柴油，其最高燃烧温度小于柴油。在相同工况下，生物柴油的燃烧终点早于柴油，燃烧持续期也小于柴油。燃烧生物柴油时，高转速工况下的燃烧终点对应的曲轴转角较低转速时有所增加，燃烧持续期对应的角度有所延长。     

Flame structure of wall-impinging diesel fuel sprays injected by group-hole nozzles

This paper describes an investigation of the flame structure of wall-impinging diesel sprays injected by group-hole nozzles in a constant-volume combustion vessel at experimental conditions typical of a diesel engine. The particular emphasis was on the effect of the included angle between two orifices (0-15 deg. in current study) on the flame structure and combustion characteristics under various simulated engine load conditions. The laser absorption scattering (LAS) technique was applied to analyze the spray and mixture properties. Direct flame imaging and OH chemiluminescence imaging were utilized to quantify the ignition delay, flame geometrical parameters, and OH chemiluminescence intensity. The images show that the asymmetric flame structure emerges in wall-impinging group-hole nozzle sprays as larger included angle and higher engine load conditions are applied, which is consistent with the spray shape observed by LAS. Compared to the base nozzle, group-hole nozzles with large included angles yield higher overall OH chemiluminescence intensity, wider flame area, and greater proportion of high OH intensity, implying the better fuel/air mixing and improved combustion characteristics. The advantages of group-hole nozzle are more pronounced under high load conditions. Based on the results, the feasibility of group-hole nozzle for practical direct injection diesel engines is also discussed. It is concluded that the asymmetric flame structure of a group-hole nozzle spray is favorable to reduce soot formation over wide engine loads. However, the hole configuration of the group-hole nozzle should be carefully considered so as to achieve proper air utilization in the combustion chamber. Stoichiometric diesel combustion is another promising application of group-hole nozzle.     

燃油碰撞形成混合气在直喷式柴油机上的应用

介绍一种新型直喷式柴油机燃烧系统。在普通轴针式喷油嘴头部加装一挡块，燃油束经其撞击后，部分燃油向垂直于轴针方向四周扩展，增大燃油与空气的接触面积，加快燃油与空气的混合速率，实现了在较低涡流比条件下用单孔轴针式喷油嘴进行直喷式燃烧。实验在一台卧式单缸柴油机上进行。结果表明，该燃烧系统可行，对燃油品质要求不高、工作可靠、起动性好。     

进气氮气含量对柴油机混合气形成与燃烧过程的影响

在一台可以拍摄气缸内混合气形成和燃烧过程的发动机上，用高速摄像机研究了进气中加入不同浓度的氮气（N2）后柴油机的油束发展，混合气形成，着火以及燃烧过程， 同时还采用三基色法对高速摄像机拍摄的燃烧火焰的照片进行了温度场分布的计算分析。拍摄的图像和计算结果表明，加入了不同比例的N2，对燃油束的雾化及混合气的形成过程没有影响，对滞燃期的影响也不大，但对火焰的燃烧最高温度和燃烧室的平均温度降低影响很大。N2的加入量越大，燃烧温度下降越多，燃烧过程结束的也就越早。     

甲醇-柴油混合燃料对发动机燃烧及排放特性的影响

在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了小比例甲醇-柴油混合燃料发动机的燃烧及排放特性试验研究。结果表明:在相同的平均有效压力和转速下,随着甲醇含量的增加,燃料着火延迟相应增大,使得燃烧过程向上止点后移动。混合燃料的滞燃期比柴油长,预混燃烧放热率峰值增大,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和压力升高率增加。与纯柴油相比,甲醇-柴油混合燃料HC排放有所升高,但NOx和碳烟排放降低。大负荷时,CO排放显著下降。