燃油系统参数对柴油机燃烧及排放影响的研究

采用CFD数值模拟方法研究了柴油机燃油喷射系统参数--喷孔直径、喷雾夹角等对柴油机燃烧过程及排放的影响.研究结果表明,喷孔直径对缸内速度场影响较大,较小的喷孔直径可以促进缸内充量的混合.喷孔直径越小,缸内高温区域出现越早,而且高温区域范围越大.随着喷孔直径的减少,碳烟排放降低,Nox排放升高.改变喷雾油束夹角对缸内压力和温度影响不大,但是影响到喷雾油束的落点位置.落点位置过高,则油束喷入气缸余隙较多,燃烧质量较差,生成较多碳烟;落点位置过低,则油束喷到燃烧室凹坑底部,导致油滴沉积在温度较低的燃烧室底面上,碳烟排放恶化.     

柴油机喷油器加工尺寸的计算方法

对于直喷式柴油机,油束在燃烧室内的空间布置对燃油的混合与燃烧影响很大.在改进柴油机燃烧系统的试验研究中,往往要改变燃烧室形状,重新布置油束在燃烧室内的空间位置,这就需要加工新的喷油器,改变油孔位置尺寸,使油束位置满足设计要求.     

“窄油束锥角直接喷射”技术

均质充量压缩点火（HCCI）和高预混合燃烧（HPC）可以大大降低NOx和颗粒物的排放，但是这两种燃烧方式在全负荷工况时的HC和CO排放量太高。为了能满足2008～2010年生效的柴油机欧Ⅴ排放标准，IFP公司和Valeo公司共同合作开发出了“窄油束锥角直接喷射NADI”（“Narrow Allgle Direct Injection”）的燃烧方式，此燃烧方式采用了油束锥角非常小的直接喷射和创新的进气系统模块，显著降低了NOx排放，而且并没有因此使燃油耗增加。     

二甲醚均质压燃、柴油补燃混合燃烧模式的试验研究

在一台4102直喷柴油机上研究了二甲醚（DME）均质压燃，柴油补燃混合燃烧模式对发动机性能、排放、油耗和燃烧特性的影响。试验结果表明，采用混合燃烧模式能有效降低发动机的碳烟排放及低负荷区域的NOx排放，但在整个工作区域内发动机的当量燃油耗偏高。此外，通过燃烧分析发现，大部分负荷下采用混合燃烧模式的发动机气缸最高燃烧压力比采用纯柴油的高，但最大压力升高率和压力升高加速度却比较低，因此发动机运行比较柔和。     

用节流轴针式喷油嘴的隔热直喷燃烧系统的研究

本文通过理论分析和实验研究，阐明了用单油束的直喷燃烧系统的设计理论和原则，认为用节流轴针式喷油嘴，隔热燃烧室设计，通过喷油、进气、燃烧过程的优化能实现小缸径直喷柴油机的良好空间混合和燃烧，取得优良的柴油机综合性能。     

混合限制蒸发油束模型在准维模型中的应用

建立了一个基于混合限制蒸发的油束模型。该模型考虑了喷嘴、燃料和缸内热力学状态对油束贯穿度的影响，并且考虑了燃料的蒸发过程和油束混合过程的关系。将此模型应用到柴油机的准维多区现象学模型中，通过对直喷式柴油机的模拟计算表明：与过去的油束模型相比，由于考虑了油束混合对燃料蒸发的限制，该模型模拟的示功图和燃烧放热率与实验结果更吻合。     

柴油机TR燃烧系统的数值模拟

为了改善柴油机的油气混合过程,开发了TR燃烧系统。该系统在原机ω型燃烧室的基础上增加壁面导向圆弧,配合锥面4×Φ0．36十垂直中心喷孔1×Φ0．20喷油器。以对TR燃烧系统的可视化研究为依据,应用STAR-CD软件对其喷雾混合过程进行三维数值模拟。结果表明导向圆弧形成的二次射流增加了空气卷吸和油气混合空间。中孔油束与中心凸台碰撞形成的盘状喷注同样也增加了中心处的油气混合;TR燃烧系统具有较少的燃油附壁质量并存在多处大小不同方向各异的漩涡,加速了油气混合。台架试验表明：TR燃烧系统在中低负荷时排放烟度低于0．1 BSU,全负荷时低于0．4 BSU。推迟供油提前角至11℃A时,NO_x排放大幅度降低,浓度为203×10~(-6)～776×10~(-6),烟度在0．3～0．6BSU之间。试验表明TR燃烧系统在降低柴油机排放方面具有较大的潜力和应用前景。     

碰撞型喷油嘴在柴油机上的应用

本文介绍形成碰撞式油束，其部加一挡块的轴针式喷油嘴在柴油机上应用的试验研究。该喷油嘴的特点是自喷同的燃油直接撞击在部挡块上，以其改变喷束的方向并产生油滴的二次雾化，从而达到加大喷束在空气中散布面积，提高燃民空气混合速率的目的。初步的试验研究结果表明，这种喷油嘴用于涡流室式柴油机，可以降低其燃油消耗率和排因度；用于直喷式柴油机，可以取代多孔喷油嘴使发动机良 地运转，但与多孔式油嘴的直式燃烧系统相比，     

小型直喷式柴油机缩口型燃烧室的设计与研究

在4100型直喷式柴油机上，为改进的进气系统和供油系统匹配设计了几种不同形状的缩口型燃烧室，研究了燃烧室形状对柴油机性能的影响。试验结果表明，体积较大的球形底台的缩口燃烧室能促使油-气混合，改善燃烧过程，有利于实现柴油机的动力性、经济性和排放指标的良好折中。     

进气涡流比对直喷式柴油机油束碰壁过程影响的研究

本采用高速摄影技术，研究了小型直喷式柴油机缸内空气运动对油束碰壁过程的影响。研究结果表明，在小型直喷式柴油机中，燃油壁面喷射的反溅作用是燃油雾化过程中的重要阶段。油束在碰壁过程中，其锥角及贯穿速度均发生变化。不同的进气涡流强度，壁面油束的形状及其发展速度均不同，顺涡流方向壁面油束的扩展速度较快，随着涡流强度的增加，壁面油束只出现在顺涡流方向。空气涡流对燃油与空气混合的促进作用主要发生在油束与燃烧     

二甲基醚(DME)碰壁喷雾特性和燃烧特性试验研究

用阴影法和火焰直接成像法对二甲基醚（DME）碰壁喷雾特性和燃烧特性进行了试验研究。研究结果表明，二甲基醚碰壁后沿壁面发展特性与柴油极为相似，即沿壁面径向扩散，形成油雾的爬壁现象，二甲基醚沿壁面发展速度比柴油慢，但碰壁后的反弹量比柴油多；加热条件下二甲基醚碰壁试验研究表明，热碰壁沿壁面的发展速度比冷碰壁快，反弹量比冷碰壁多。在平板上方有一个明显的浓度梯度变化区域，碰壁后期在平板与燃烧室壁面存在一个二甲基醚浓度高的三角区域。二甲基醚碰壁对燃烧滞燃期影响不大，但着火位置造近壁面，大部分的二甲基醚都是着壁之后燃烧，并且燃烧火焰在高浓度的三角区域持续较长时间，因而碰壁燃烧持续期略有延长，与柴油相比，二甲基醚燃烧火焰几乎经过整个壁面上部燃烧室的区域，火焰经过的面积大。     

喷油嘴喷孔夹角的优化设计对柴油机性能的影响

这是为改进喷油嘴喷孔夹角与燃烧室形状间的匹配而提出的一种喷孔夹角设计与计算方法。通过在R100系列柴油机上的试验,证实了采用优化设计的喷油嘴能有效地降低燃油消耗率和排气烟度。为直喷式柴油机燃烧室与喷油嘴的合理匹配提供了一条有效途径,对直喷式柴油机性能改进和提高起到重要作用。     

Improvement of fuel economy of an indirect injection (IDI) diesel engine with two-stage injection

This paper focuses on the effects of early stage injection and two-stage injection on the combustion characteristics and engine performances of an indirect injection (IDI) diesel engine. In a direct injection (DI) diesel engine, HC emission increases with early stage injection because some of the fuel spray adheres to the cylinder wall and burns in the gap between the piston and the cylinder. On the other hand, since the fuel spray of early stage injection in an IDI diesel engine is injected into an auxiliary combustion chamber such as a swirl chamber, the IDI diesel engine could reduced the HC emission produced from the gap compared with a DI diesel engine. In a two-stage injection IDI diesel engine, NO and smoke emissions are improved when the amount of fuel in the first stage injection is small and the first stage injection timing is advanced over −80° TDC. And 20% improvement in fuel consumption is achieved when the first stage injection timing is advanced over −80° TDC. Conversely, HC and CO emissions of two-stage injection increases compared with that of conventional injection of an IDI diesel engine. However, CO emission can be improved a little when the first stage injection timing is advanced over −100° TDC and the second stage injection timing is retarded over TDC.     

燃油性质与喷油参数对陶瓷隔热复合机燃烧过程的影响

摘要在定容燃烧装置与B1135型单缸机上,对陶瓷隔热复合机的燃烧过程进行了试验研究.结果表明,由于陶瓷隅热复合机的压缩终点温度和压力很高,使滞燃期过短,空气粘度高,着火点在喷油嘴孔口附近,初期火焰横贯喷注,使空气与燃油混合条件差,因而仍沿用常规发动机燃烧系统参数时,燃烧过程恶化、燃油消耗率上升.采用减小喷油嘴孔径、增多喷孔数以改善空气与燃油的混合条件,以及采用低16烷值、低粘度燃油以获得滞燃期加长、着火点远离孔端等措施.对改善陶瓷隔热复合机燃烧过程具有良好的效果.     

在直喷式柴油机上进行HCCI新概念燃烧的探索研究

从形成均匀预混合气及着火后具有良好化学反应动力学效应的角度出发,在单缸135直喷式柴油机上采用双收口型燃烧室、P型喷油泵、预喷射、伞喷油嘴、乳化柴油及乙醇柴油等方法,对实现均质充量压缩着火(homogeneous charge compression ignition,HCCI)燃烧的多种途径进行了对比试验。结果表明:应用伞喷油嘴有效促进了着火前缸内均质预混合气的形成,具有进一步在小排量增压中冷、高压电喷柴油机上推广的潜力;通过燃料设计可控制着火在上止点附近并提高燃烧速率,有利于实现高效、低排放的近似等压预混合燃烧方式。     

燃油温度对船用柴油机喷雾及燃烧特性影响的仿真研究

以某型船用柴油机为研究对象,通过对不同燃油温度下喷油嘴内部的流动仿真分析,对喷嘴内部的流动和空穴现象进行了研究,得到合理的喷孔出口处油滴的初始状态;通过喷雾和缸内燃烧的耦合计算,分析不同的燃油温度对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。研究结果表明:燃油进机温度直接影响燃油喷雾、破碎、蒸发及燃烧过程,对NOx排放影响更为明显;燃油进机温度须作为柴油机燃烧系统开发试验时的试验基准之一。     

喷油策略对伞喷柴油机工作过程影响的数值模拟研究

对一种新型柴油机喷嘴进行了可视化试验与模拟计算.应用三维CFD（Computational Fluid Dynamic）软件模拟了两种喷雾形式下不同喷油参数对柴油机混合气形成、燃烧及排放的影响,得到了最佳的喷油策略.结果表明,相对于复合喷雾,伞形喷雾在混合气形成方面存在一定的优势,对燃烧和排放有较大改善;混和气形成较好,燃烧效率高,指示油耗较低,碳烟二次氧化迅速.并且伞形喷雾中,采用小的索特平均直径,高的喷射速度,能够使发动机性能得到较大地改善.     

生物柴油发动机NOx排放影响因素的数值模拟

根据生物柴油与柴油物性参数的差别,对柴油缸内喷雾燃烧模型进行修正,建立了生物柴油的缸内喷雾燃烧模型,利用该模型计算得到的缸内压力示功图与试验结果进行对比,验证了模型的准确性;利用AVL - fire软件,计算了发动机参数对生物柴油NOx排放的影响规律,着重考察了喷孔直径、喷雾锥角、喷油提前角、EGR率对燃烧温度和NOx...     

Fuel injection characteristics of diesel‐stimulated natural gas combustion

Although dual‐fuel (DF) engines using a low cetane number primary fuel such as natural gas (NG) ignited by a pilot diesel spray have been the subject of much investigation over years, there are still many unknown problems related to the fundamental combustion process of two fuels. In this work, a quiescent constant volume combustion bomb and a 3‐D numerical model have been used to study the effects of injection nozzle characteristics on the combustion of pre‐mixed NG/air with pilot distillate spray. Experimental tests were conducted on combustion process of pre‐mixed natural gas/air with pilot injection pressure of 30 and 20 MPa with a 4 hole injector, and also with injector nozzle of 8 and 4 holes. The global results obtained from computations compared well with the experimental results. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同喷油压力RP-3航空煤油、柴油碰壁喷雾着火和燃烧特性的对比研究

利用直径0.22mm的单孔喷嘴高压共轨喷油器,以喷油器油量标定数据及控制参数为基础,采用高速相机成像技术在定容燃烧室内在等喷油量变喷油压力的前提下测量了着火点、着火滞燃期、燃烧持续期、火焰面积(AF)和火焰自然发光强度(SINL)的变化规律,对比研究了RP-3航空煤油、柴油碰壁喷雾的着火和燃烧特性。结果表明:在低喷油压力下着火点分布在离壁面较远的区域,在较高喷油压力下着火点位于壁面上,距喷油器中心线的距离随喷油压力的增加而增加,且RP-3航空煤油着火点距喷油器的距离比柴油更远。随着喷油压力的增加,RP-3航空煤油碰壁喷雾火焰的着火滞燃期先降低后增加,柴油碰壁喷雾火焰的着火滞燃期不断降低,且RP-3航空煤油具有更短的着火滞燃期。燃烧持续期随喷油压力的增加而降低,RP-3航空煤油的燃烧持续期比柴油短。喷油压力越高,火焰面积(AF)和自然发光强度(SINL)的变化速率越高,而AF和SINL的最大值及达到最大值所需的时间越小。与柴油相比,RP-3航空煤油的AF、SINL具有更高的变化速率,且AF、SINL的峰值更高,达到峰值的时间更短。