不同海拔下增压中冷柴油机性能和排放的研究

采用内燃机大气模拟综合测控系统深入研究了增压中冷柴油机运行在不同海拔地区的动力性、经济性和排放特性与海拔高度的关系。试验结果表明：随着海拔高度的升高,大气压力减小,导致吸入气缸内的空气量减少,缸内吸气终了的温度和压力下降,从而使得增压中冷柴油机的动力性、经济性下降,等有效燃油消耗区明显变窄,CO、NOx、HC、PM排放浓度升高,而且在不同转速不同工况下CO、NOx、HC、PM排放浓度随海拔高度的变化趋势存在差异。     

柴油机采用二级增压性能的试验研究

针对某直列六缸增压中冷柴油机,在标准试验条件下通过台架试验进行了一级增压和二级增压对柴油机性能影响研究,分析了二级增压对柴油机各性能指标影响。同时,在原机基础上进行了性能改善的研究。研究结果表明:二级增压可提高柴油机有效热效率,减小柴油机的燃油消耗率,降低碳烟排放,进一步提高柴油机动力性能。通过适当调整供油提前角,在对其他性能指标影响较小的前提下,降低缸内最高燃烧压力。     

不同海拔高度下自然吸气和增压柴油机的燃烧过程

随着海拔的增加 (高于海平面 ) ,大气压力减小 ,导致吸入柴油机气缸内的空气量减少。因此 ,柴油机缸内的压力、温度以及混合气密度相应减小 ,以至于在不同海拔地区运行的自然吸气柴油机和增压柴油机的燃烧过程存在差异。使用内燃机大气模拟综合测量系统对在不同海拔地区运行的柴油机的燃烧过程进行了研究 ,所获得的结论有助于澄清和解决在不同海拔地区运行的柴油机其燃烧过程中某些不清楚的问题。     

增压柴油机功率校正

本文通过对ＪＢ３７４３－８４《汽车发动机性能试验方法》中柴油机功率校正公式的研究，在增压柴油机及增压中冷柴油机的试验基础上，阐述了发动机进气温度、进气压力对发动机功率的影响，并通过大量计算及分析，提出了对校正公式中某些参数的修改意见及讨论了不同进气温度、压力范围对发动机功率校正结果的影响，以提高增压柴油机功率校正的精度。     

增压中冷柴油-天然气双燃料发动机燃烧特性的实验研究

对天然气替代率、引燃柴油喷油时刻和中冷后进气温度等燃烧系统参数对增压中冷柴油—天然气双燃料发动机燃烧特性的影响进行了实验研究。研究结果表明：增压中冷柴油—天然气双燃料发动机的燃烧放热速率比纯柴油快，引燃柴油的着火时刻和缸内燃料空燃比值决定着双燃料发动机的燃烧特性，即着火时刻在上止点前且空燃比值较小时，其燃烧接近于定容燃烧过程，随着天然气替代率的升高，缸内最大爆发压力和最高燃烧温度升高；而着火时刻在上止点后且空燃比值较大时，其燃烧接近于等压燃烧过程，随着天然气替代率升高，缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低。最大爆发压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度随引燃柴油喷油提前角的增大而升高；而随着进气温度升高，最大爆发压力和缸内温度增大。     

某型相继增压柴油机缸内燃烧数值模拟研究

利用FIRE软件建立了某型相继增压柴油机燃烧及排放仿真计算模型,研究了不同负荷对燃烧排放的影响以及相继增压切换点的燃烧与排放性能,分析了缸内压力、温度等参数随曲轴转角的变化以及SOOT、NO等的分布情况.结果表明:随着负荷的增加,燃烧滞燃期缩短,缸内温度、压力、放热率、SOOT以及NO排放均增加;相继增压柴油机在1TC工况时,混合气更加均匀,燃烧更加完全,因此做功能力高于2TC,燃烧温度和放热率均低于2TC,NO及SOOT排放性能均优于2TC工况.     

甲醇柴油对增压中冷柴油机燃烧与排放性能的影响

针对在增压中冷柴油机上燃用不同比例甲醇柴油对发动机燃烧和排放性能的影响进行了研究。结果表明：随着混合燃料中甲醇含量的增加,发动机动力性略有降低,使用经济性提高,缸内最大压力和温度降低,NOx和碳烟排放降低,HC排放增加;CO排放小负荷下大幅增加而在大负荷下略有降低。     

增压直喷式柴油机缸内燃烧可视化及其排放的试验研究

采用AVL缸内视频系统对增压直喷式柴油机CC490ZQ实际工作在低、中转速下,缸内燃烧过程进行了可视化试验研究,同时测量了其烟度、HC、C0及NOx并进行了分析。结果表明：进气涡流是着火初期火焰分布形态的主要控制因素,随着负荷和增压压力的升高,导致燃烧室中心区的扩散燃烧及其比例增加;湍流混合对直喷式柴油机缸内混合燃烧起主要控制作用。     

高海拔增压柴油机喷油定时模拟与试验研究

在海拔3 500m和海拔4 550m环境下对某增压柴油机进行外特性试验,重点研究了喷油定时对柴油机高海拔性能的影响。试验结果表明:喷油提前后,柴油机在两个海拔高度下功率最高提升了6.32%和5.78%,燃油消耗率分别平均下降了8.40%和4.59%,涡前排气温度及增压器转速满足柴油机参数控制要求。结合缸内燃烧数值模拟分析,发现高海拔高转速下喷油提前角较大时,碳烟排放增加,缸内燃烧反而变差。     

进气压力对发动机性能的影响研究

在一台3.8L涡轮增压中冷4缸柴油机上通过试验和仿真研究了进气压力对柴油机燃烧和性能的影响。试验中拆除了原机增压器及中冷器,通过自制压力调节装置直接控制柴油机进、排气压力。试验及仿真结果表明:在排气压力维持不变的条件下,最高燃烧压力与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加100kPa,最高燃烧压力增加约4.8MPa~7.0MPa;进气压力对最高燃烧压力相位的影响不明显;空气质量流量与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加10kPa,空气质量流量增加约13~37kg/h;柴油机排气温度与空燃比具有明显的线性关系,空燃比每增加1,柴油机排气温度降低约4.2℃;随进气压力增加,柴油机缸内燃烧滞燃期缩短,燃烧始点提前,但进气压力对燃烧持续期没有明显影响;进气压力每增加10kPa,发动机转矩增加约0.8~2.5N·m。     

增压柴油机高原性能模拟程序的开发

为模拟增压柴油机在高原条件下运行的性能,开发了一种计算程序。计算程序包括了缸内工作过程的简化计算、进排气过程计算、增压系统计算等模块,可以预测增压柴油机的功率、扭矩、油耗率、最高燃烧压力、压气机流量、压比、膨胀比、涡轮前排温等参数。用此程序对3台不同型号的增压柴油机,分别进行了2 206、3 800和4 550 m海拔高度的高原性能模拟计算。为了验证模型的准确性,利用车载检测系统,在不同海拔高度进行了实地台架试验。结果表明:计算结果与试验结果有较好的一致性,达到了一定的计算精度。     

直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声控制研究

开展多缸柴油机瞬态工况燃烧噪声的控制研究。分别在四缸自然吸气发动机、增压发动机、引入EGR发动机和高压共轨发动机上开展了不同负荷工况下的瞬态与稳态工况的燃烧噪声测试分析,开展了增压、EGR和喷射策略对燃烧噪声控制研究。增压对瞬态工况的燃烧噪声有一定的抑制作用,增压对恒转速增转矩瞬态工况燃烧噪声的控制效果要好于对恒转矩增转速工况。瞬态工况引入适当的EGR有助于燃烧噪声的降低,EGR控制瞬态工况燃烧噪声的关键是能够实时对EGR率进行调节。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。     

增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的燃烧和排放

采用助溶剂解决乙醇和柴油相溶性差的问题并配制出柴油醇燃料,在一台增压中冷压燃式发动机循环供油量未作调整情况下,进行了燃用不同乙醇含量柴油醇的燃烧、性能和排放特性试验研究。结果表明：在供油量一致情况下燃用柴油醇,发动机的燃烧特性发生改变,导致性能和排放变化,且随燃料中乙醇含量的增加,变化趋势加剧,尤其小负荷的燃油消耗率及CO、HC排放增加较大。     

增压柴油机燃用天然气合成油排放特性的研究

对增压中冷柴油机燃用纯天然气合成油（Gas-to-Liquids,GTL）、柴油／GTL混合燃料的排放进行了外特性、负荷特性和欧洲ECE R49十三工况法的试验研究,并与柴油的排放进行了对比。研究表明：燃用GTL在所有工况下都能够有效降低NOx、烟度和PM,且掺混比例愈大,效果愈明显,CO和HC也有一定的改善;在ECE R49十三工况下纯GTL的NOx和PM排放分别降低了23．7％和27．6％,CO和HC分别降低了16．6％和12．9％;发动机工况对增压柴油机燃用所有燃料的排放有较大影响。结果表明GTL是柴油机有潜力的低排放代用燃料。     

非道路中小功率增压柴油机排放控制试验研究

为了改善非道路用中小功率直喷增压柴油机3100E的排放性能,使之达到2008年开始实施的美国环境保护局(EPA)第4阶段非道路用柴油机排放标准的要求,通过试验优化了高压油管内径、减压阀容积、供油提前角等喷油系统参数及燃烧室几何形状,系统研究了这些参数对发动机NOx和颗粒物(PM)排放的影响。试验结果表明,在保持发动机动力性及经济性的情况下,合理优化匹配喷油系统参数和燃烧室设计,可以改善该机的燃烧过程,有效降低发动机的有害物排放量,使之达到美国环境保护局第4阶段排放标准。     

基于详细化学反应机理的增压二甲醚发动机燃烧与NO_x排放数值研究

使用KIVA-3V对增压柴油机和二甲醚发动机标定功率点的缸内燃烧过程与NOx排放进行了数值模拟研究.研究结果表明:计算所得的气缸压力和放热率曲线与实测值吻合较好.对缸内燃烧的温度分布计算表明:柴油燃烧滞燃期为2.5 °CA左右,二甲醚为1.5 °CA.柴油燃料着火始于喷雾前端两侧,在燃烧初期,其高温区分布在喷雾前端一侧,且在燃烧室内气流作用下沿垂直于喷雾方向扩散;二甲醚的着火点位于喷嘴附近,随喷雾的进行,其燃烧高温区从喷嘴附近一直延伸到喷雾前端,呈现狭长的高温带.在扩散燃烧后期,与柴油相比,二甲醚燃烧温度分布较均匀,且最高温度比柴油低.选用的9步NOx生成机理可较好地预测发动机实际运行中NOx排放水平.     

低压EGR对GDI增压汽油机外特性下性能和排放影响

通过一款涡轮增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)的试验,研究了EGR率和点火提前角的综合作用对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明,在GDI增压发动机中加入EGR后,由于废气的稀释和热容作用,使缸内燃烧持续期增大,排气温度下降,燃烧相位也发生了改变。这对发动机外特性的有利影响是油耗减少,CO和NO_x排放也明显减少;不利影响是EGR的加入提高了增压发动机的排气压力,导致泵气损失增加。此外,总碳氢(total hydro carbons,THC)排放也有所增加。在GDI增压汽油机中使用EGR系统并配合点火角的调节能够有效提高热效率,降低NO_x排放。     

柴油/甲醇组合燃烧增压中冷发动机的甲醛及常规排放特性

为了研究柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式对发动机排放性能的影响,在增压中冷发动机上采用DMCC方式,对甲醛排放特性进行研究,另外在DMCC模式下对加装氧化催化转换器前后常规排放进行对比.结果表明:在各负荷下,甲醛排放均随着甲醇喷射量的增加而升高;在甲醇喷射量不变的情况下,甲醛排放随着负荷的增加明显降低.增压中冷发动机的NOx和碳烟及微粒排放同时大幅度下降,但HC和CO排放增加较多.加装氧化催化转化器后,HC和CO排放得到了大幅度降低,微粒排放也进一步减少.