高压共轨柴油机燃烧与排放的仿真计算及分析

在林慰梓直喷式柴油机准维多区燃烧模型的基础上,改进了燃油喷射模型以及碳烟的生成与氧化模型,考虑了燃烧区的区间传热和缸内工质的对流辐射传热,由此对一台高压共轨柴油机进行了仿真计算。计算与试验结果对比分析表明,改进后的燃烧与排放模型能够较好的反映了缸内各区的燃烧与排放情况,可以为高压共轨柴油机的设计提供理论指导。     

引燃柴油对中速双燃料发动机燃烧与排放的影响

采用SAGE详细化学反应机理燃烧模型,加入液滴破裂、蒸发、碰撞以及碰壁子模型,建立了ACD320DF船用中速双燃料发动机缸内及进排气道的三维仿真模型。在气体模式下对不同引燃柴油喷射策略下的缸内燃烧特性进行数值模拟分析。分析表明:引燃柴油的喷油时刻与喷油量对发动机的燃烧及排放有重要影响。根据发动机工况合理调整微引燃柴油的喷射策略,则能得到较好的燃烧和排放性能。     

高压喷射对直喷柴油机喷雾及燃烧特性影响规律的仿真研究

建立了2.0L型高压共轨直喷柴油机燃烧系统的仿真计算模型,以其试验结果为基础,仿真分析喷射压力的提高对雾化质量及混合气形成和燃烧过程的影响规律。研究结果表明:喷射压力低于140MPa时,提高喷射压力可以改善雾化质量,促进扩散燃烧过程;当喷射压力超过140MPa以后,高压喷射对喷雾质量基本无影响,但这种超高压喷射可有效缩短喷射持续时间,同时促进混合气的快速形成,有效控制缸内混合气浓度梯度的瞬态分布特性,从而提高扩散燃烧速度,有利于提高热效率,降低CO和碳烟排放。但提高喷射压力同时造成缸内平均燃烧温度升高,使NO排放相对缸内平均温度按自然对数规律增加。     

共轨柴油机碳烟排放性能恶化分析及对策

某型柴油机燃油系统改装成共轨系统之后,碳烟排放性能恶化。通过对喷雾贯穿距的分析．判断为燃油碰壁致使缸壁处形成富油区,从而恶化了排放性能。本文提出利用增大喷射夹角使燃油喷雾碰壁后反弹以改善燃烧的措施。通过对不同喷射夹角下的缸内喷雾及燃烧过程进行三维CFD模拟,给出了3种不同喷射夹角时缸内部分流场的时空分布。分析了缸内流场对燃烧与排放的影响。仿真结果表明适当增大喷射夹角,缸内压力升高,碳烟生成量减少。     

船用直喷式天然气发动机喷射策略的优化

利用CONVERGE软件基于L23/30DF型船用天然气发动机建立了双天然气喷嘴、双引燃柴油喷嘴的直喷天然气发动机的缸内燃烧过程的CFD计算模型,计算了不同的柴油和天然气喷射时刻和间隔下发动机缸内燃烧和排放过程.结果 表明:引燃柴油的喷射时刻及其与天然气喷射时刻的间隔,对直喷式天然气发动机燃烧和排放性能有重要影响.当喷...     

直喷汽油对反应活性控制压燃负荷拓展影响的数值模拟研究

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数,展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃(RCCI)燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明:进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程,而汽油喷射时刻影响不明显;在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下,增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层,延长燃烧持续期,降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率,实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示:若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低,可将平均有效指示压力(IMEP)拓展至1.6MPa;将IMEP拓展到1.7MPa后,增加汽油的预混比例并不能提高IMEP,但对排放略有改善,相应的压力升高率和燃烧压力提高。     

CO_2进气道和缸内喷射对柴油准HCCI燃烧的影响

通过开发的气体喷射系统,研究并对比了进气道和缸内喷射CO2对准均质压燃燃烧排放的影响.准HCCI燃烧由两段喷油实现.结果表明:随着缸内和进气道CO2循环喷射量的增大,缸内最高平均温度降低,燃烧相位推迟,最大压力升高率变化不大;NOX排放减小,HC和CO排放增大.等CO2喷射量下,NOx随着缸内CO2喷射始点的提前而减小;缸内喷射的HC和CO排放较进气道喷射的大.随着CO2循环喷射量的增大,进气道喷射的烟度开始变化不大,然后急剧上升;而缸内喷射的烟度变化不大.     

进气道喷水对高强化柴油机燃烧与排放特性的影响

针对高转速和大负荷工况下发动机粗暴燃烧、热负荷过高的问题,在一台高强化单缸柴油机上加装进气道辅助喷水系统进行仿真试验,研究了进气道喷水对燃烧与排放特性的影响。通过建立一维热力学模型和三维全气道模型,在独立进气道水喷射系统的高强化单缸柴油机上进行试验,对比不同喷水压力和水油比对缸内氧气浓度、燃烧压力、燃烧温度和NOx排放的影响。试验结果表明,喷水压力为1 MPa、水油比为0.6时,缸内最高燃烧温度降低34.2 K,NOx生成量减少24.6%。进气道喷水可明显降低缸内燃烧温度,在优化排放的同时有效改善了高强化柴油机热负荷过高的问题。     

缸内直接喷射汽油机的新技术

本文从燃油喷射系统、燃烧系统、混合气形成的基础理论研究、燃烧和排放等几方面介绍了汽油缸内直接喷射技术取得的新进展以及目前尚未解决的技术难题，指出排放问题将是决定缸内直喷汽油机发展的关键因素。     

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。     

数值计算在顶隙式喷油泵柱塞设计上的应用

利用AVL公司HYDSIM软件对顶隙式喷油泵柱塞进行分析,顶隙柱塞改变了喷油速率曲线,使发动机燃烧柔和,有利于降低NOx和燃烧噪声;同时,分析了顶隙结构参数(磨削深度和磨削高度)对供油提前特性、喷油提前特性的影响;结果表明,采用顶隙式柱塞可使喷油始点提前2.2°凸轮转角,满足配机要求。     

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...     

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。     

Detailed numerical simulation of syngas combustion under partially premixed combustion engine conditions

Two-dimensional detailed numerical simulation is performed to study syngas/air combustion under partially premixed combustion (PPC) engine conditions. Detailed chemical kinetics and transport properties are employed in the study. The fuel, a mixture of CO and H₂ with a 1:1 molar ratio, is introduced to the domain at two different instances of time, corresponding to the multiple injection strategy of fuel used in PPC engines. It is found that the ratio of the fuel mass between the second injection and the first injection affects the combustion and emission process greatly; there is a tradeoff between NO emission and CO emission when varying the fuel mass ratio. The ignition zone structures under various fuel mass ratios are examined. A premixed burn region and a diffusion burn region are identified. The premixed burn region ignites first, followed by the ignition of mixtures at the diffusion burn region, and finally a thin diffusion flame is formed to burn out the remaining fuel. NO is produced mainly in the premixed burn region, and later from the diffusion burn region in mixtures close to stoichiometry, whereas unburned CO emission is mainly from the diffusion burn region. An optimization of the fuel mass in the two regions can offer a better tradeoff between NO emission and CO emission. The effects of initial temperature and turbulence on the premixed burn and diffusion burn regions are investigated.     

家用轿车发动机实现汽油缸内直喷的计算研究

汽油缸内直喷（GDI）已成为新一代汽油机提高经济性、降低排放的重要手段。作者以一台家用轿车三缸发动机为对象,对缸内直喷的空气流动、混合过程和燃烧情况进行三维模拟计算分析。结果表明,采用该燃烧室设计方案并与适当的喷雾、气流运动相配合,在当量空比时,使用汽油缸内直喷能获得与均质预混燃烧相近的效果。同时,调整喷油定时,能够在缸内形成工质的非均匀分布,在总空燃比为30时仍能实现衡薄燃烧。     

直喷柴油机喷油系统对燃烧和排放影响的三维模拟研究

直喷柴油机的喷油过程影响燃烧过程、影响发动机性能和污染物排放。为了研究喷油特性(如不同的喷油压力、喷油定时和喷孔直径等)对燃烧性能的影响,利用三维数值模拟软件K IVA-3代码,对喷油过程、燃烧过程和发动机性能进行了数值模拟。计算结果显示了不同喷油特性下的NO和碳烟排放的变化趋势。     

利用预喷射降低柴油机低速全负荷黑烟排放

针对一台产品电控柴油机,分析了其低速全负荷工况下黑烟产生的原因,并针对黑烟产生的原理进行了降低其黑烟排放的研究工作,采用了增加喷射压力、改变喷油定时和采用预喷射等一系列方法。其中利用预喷射形成预混合燃烧降低了柴油机低速全负荷排气烟度,经过分析和试验达到了预期的效果。研究结果表明,部分预喷射柴油的充分蒸发和混合减少了产生黑烟的富混合气区域,同时,少量预喷射燃油的提前放热减少了主喷射燃烧时的温度梯度,这些因素都有效地减少了柴油机黑烟排放。但与优化的无预喷射方式相比,预喷射方式的燃油消耗略有升高。     

喷油策略对自由活塞直线发动机燃烧过程的影响

研究不同喷油策略对自由活塞发动机燃烧排放性能的影响,探索了适合自由活塞发动机柴油燃烧系统的喷油策略。基于AVL FIRE仿真平台,搭建三维动网格计算模型,通过台架试验数据,对试验喷油策略为矩形的缸压数据进行标定,验证了模型的准确性。然后对4种不同曲线形状喷油策略(普通三角形、等腰三角形、矩形和梯形)下的发动机燃烧放热及排放性能进行了仿真计算。研究结果表明:压缩上止点前采用矩形喷油策略缸内油气混合速率最快,压缩上止点后采用等腰三角形喷油策略更有利于油气混合;等腰三角形喷油策略下发动机峰值燃烧压力最大,最接近上止点,而且指示热效率最大,达到0.371;等腰三角形喷油策略下,缸内峰值燃烧压力和温度最大,NO排放最高而碳烟排放最低。     

直喷式柴油机燃烧室几何形状对排放影响的多维数值模拟研究

在保证压缩比相同的情况下,设计了3种不同形状的燃烧室。运用AVL公司开发的FIRE软件,对3种不同形状燃烧室进行了三维数值模拟,分析了上止点附近气缸内的气体流动情况,并对3种燃烧室内的排放情况及影响排放的主要因素进行了比较分析,得出:径深比过小,即燃烧室过深,不利于空气与油气的良好混合,易造成局部油气过浓,从而局部缺氧,产生较多碳烟;径深比过大时,油气雾化好、燃烧早、温度上升快,NOx生成量增加。最后,通过模拟计算与试验研究相结合,验证了模型并选取了最优形状的燃烧室。     

船用中速柴油机缸压闭环控制技术仿真研究

针对船用柴油机工作不均匀及循环波动对柴油机性能和振动噪声的负面影响问题,以6L16/24-CR型船用中速柴油机为对象,使用软件在环仿真技术对缸压闭环控制策略进行仿真分析。建立能模拟各缸不均匀性和循环波动的柴油机实时模型,从气缸压力中选取能指示柴油机各缸燃烧状态的反馈变量,根据反馈变量和控制变量之间的动态关系开发缸压闭环控制策略,建立由柴油机实时模型、气缸压力反馈变量、控制策略和喷油控制变量构成的软件在环仿真平台,在该软件在环仿真平台上对缸压闭环控制策略进行闭环仿真。结果表明,开发的缸压闭环控制策略能满足船用柴油机的控制要求,在仿真环境下能改善约99%的各缸不均匀。