涡轮增压柴油机高海拔燃烧特性试验研究

开发设计了涡轮增压柴油机高海拔燃烧特性试验系统,该系统可模拟0～6000m海拔的大气压力和温度。利用该试验系统,研究不同海拔高度下增压柴油机标定转速2100r/min全负荷工况点的缸内压力参数、放热参数以及温度参数随海拔高度变化的规律。     

基于EGR的高压共轨柴油机排放性能仿真研究

采用工作过程联合燃烧分析的方法,分析了EGR对TBD234共轨柴油机排放性能的影响。利用工作过程分析软件对配有EGR系统的TBD234柴油机进行建模及仿真分析,将计算结果作为初始条件对柴油机缸内燃烧过程进行燃烧计算分析,研究了不同EGR率下共轨柴油机排放特性。结果表明,随着EGR率的增加,NOx的排放显著降低,但soot生成量明显提高,燃烧过程的最高压力和最高温度降低,放热速率减小,燃烧进行变缓。当EGR率达到0.4时NO的生成量降低到原机的2.25%,但是soot的生成量几乎是EGR率为0.3时的两倍,所以在较高负荷情况下应该采用小EGR率。     

475柴油机燃用乙醇柴油混合燃料的数值模拟

为研究乙醇柴油在475柴油机上的燃烧过程,利用CFD分析软件FIRE对柴油机燃油不同掺混比例的乙醇柴油混合燃料进行燃烧过程模拟,建立了燃烧仿真模型并对模型准确性进行验证。模拟了不同乙醇掺混比例的混合燃料对缸内压力、缸内温度、放热规律及排放的影响。结果显示掺混乙醇后对最高爆发压力影响不大,缸内温度随着掺混比例的增加有所降低,E10最大瞬时放热率是最小的。另外随乙醇比例增加NO_x排放减少而碳烟增加。     

燃油喷射参数对柴油机燃烧排放的影响

为了研究不同喷射规律和喷油提前角对柴油机燃烧排放性能的影响,采用三维流体数值分析软件AVL FIRE建立了某型柴油机的燃烧计算模型。结果表明:相较于方波喷油规律,原机喷油规律最高燃烧温度、最高燃烧压力和NO排放均较低,但Soot排放较高;随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高,燃烧初期缸内压力升高较高,适当延后喷油时刻可以降低NO排放。     

缸内直喷氢气对发动机燃烧及排放的影响

为探索氢发动机热效率提升及超低氮氧化物排放的技术路径，基于一台1.5 L缸内直喷氢气发动机，结合废气涡轮增压及电子增压复合技术，通过试验研究了氢气在稀薄燃烧及超稀薄燃烧模式下发动机燃烧和排放的变化规律。结果表明：在稀燃模式下，随着混合气稀释程度增大，缸内压力越来越高并前移，放热率峰值逐渐下降同时放热始点提前和放热时长变长，缸内燃烧温度下降，燃烧滞燃期和持续期逐渐变长，压升率下降；λ对NO_x排放的影响显著，λ=1.2时NO_x排放达到峰值，λ>2.5时，NO_x排放基本趋于0；在同样的负荷，较稀的混合气的热效率更高且NO_x排放更低，有效热效率达43%；全负荷时，随着λ趋向于1，扭矩逐渐升高，爆发压力和压升率也会明显上升。     

柴油机喷油提前角对燃烧性能的影响研究

柴油机要满足日益严格的排放法规的要求,就必须在提高其动力性的基础上,节省油耗,降低排放;对柴油机燃烧室内的流场进行研究是达到上述要求行之有效的方法之一。应用AVL-FIRE软件对某型柴油机的缸内燃烧过程进行了仿真模拟,计算得到了不同喷油提前角下柴油机指示功率、有效油耗、缸内压力、燃烧放热率、缸内温度和排放物的变化规律。     

喷油提前角对柴油机性能影响的实证研究

利用三维仿真软件AVL-FIRE对柴油机燃烧过程进行数值仿真。通过研究喷油正时对缸内混合气形成、压力、温度以及NO和Soot排放的影响,获得喷油正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。结果表明:喷油提前角对缸内混合气的形成及燃烧有着显著影响,进而影响柴油机的动力性和排放性能;通过实验与仿真对比,可快速有效地实现喷油提前角的优化。     

可变下止点式VCR柴油机燃用生物柴油的性能研究

通过某柴油机试验数据建立三维数值燃烧模型,运用AVL-Fire模拟可变下止点式VCR柴油机的缸内燃烧。通过改变下止点来改变压缩比,当活塞行程(压缩比)增大或减小时,缸内空气总量相对应地增大或减小。结果表明：可变下止点式VCR柴油机可以显著提升缸内平均燃烧压力,降低缸内平均燃烧温度,降低NOx与SOOT的排放;在活塞行程为0.082m时燃用纯柴油与活塞行程为0.112m时燃用B20混合燃料相比,缸压峰值能够提升40.52%,NOx可降低41.40%,SOOT可降低81.80%。     

醇醚燃料组合燃烧模式下发动机燃烧特性研究

对一台CY25柴油机进行改造,加装进气道喷嘴。利用均质混合气引燃组合燃烧模式的优势,用高十六烷值的聚甲氧基二甲醚引燃甲醇空气预混合气。研究压缩比对不同甲醇占能比下燃烧始点、燃烧持续期、放热率、压力升高率、缸内压力及相位的影响。研究表明,甲醇高汽化潜热值导致燃烧初期缸内温度降低,燃烧相位后移,不同压缩比下各燃烧特性随甲醇占能比提高,变化趋势相同,波动幅度存在差异,随着压缩比升高放热率峰值、压力升高率峰值、缸内压力峰值、缸内温度峰值最大增幅达34.9%、41.8%、30%、25%,同时对发动机经济性进行了分析。     

磁化燃油对柴油机燃烧性能影响的实验研究

通过搭建具有工况控制和功率测量功能的柴油机实验台架,从柴油机燃烧前处理技术中燃油磁化的角度进行节能减排研究,测试燃油磁化对柴油机燃烧性能的影响。试验结果表明,磁化燃油在不同磁场大小和不同负荷下对柴油机燃烧性能的影响各异。燃油磁化后,在低负荷工况下,油耗反而增大,烟度也变大,但NO排放量减少(最多减少5.85%);中负荷工况下则节油比较明显,最大节油率达到4.17%,但烟度值和CO2、O2、NO变化不明显;高负荷工况下,磁化燃油对油耗、烟度和CO2、O2、NO等影响均都不明显。可根据这一规律在不同的工况下选择是否对燃油进行磁化。     

高替代率下CNG/柴油双燃料发动机燃烧特性研究

对高替代率下CNG/柴油双燃料电控发动机燃烧特性进行了研究,基于实测示功图分析气缸压力升高率、燃烧放热率及最大气缸压力循环变动随工况变化的规律。结果表明,高替代率下,转速和负荷是影响双燃料发动机燃烧的重要因素;转速不变时,随着负荷增加,双燃料发动机的压力升高率、最大气缸压力的平均值、最大放热率均增大,燃烧始点提前;负荷不变时,随着转速增加,双燃料发动机的燃烧放热率增大,燃烧始点相对滞后;高天然气替代率下CNG/柴油双燃料电控发动机的燃烧特性循环波动较小,燃烧过程较稳定。     

瞬态工况壁面温度对燃烧噪声的影响

研究了直喷式柴油机瞬态工况壁面温度对燃烧噪声的影响机理。开展内燃机瞬态工况测试技术和测试方法研究,通过对瞬态与稳态过程的壁面温度差异的研究分析,从气体动力载荷和高频压力振荡两方面分析研究瞬态噪声与稳态噪声产生差异的机理。瞬态工况壁面温度高于同负荷同转速的稳态工况。壁面温度的差异导致两种工况下滞燃期的改变,影响燃烧压力和缸内压力升高率以及压力高频振荡的频率和幅值。结果表明,瞬态与稳态工况壁面温度的差异影响到动力载荷与压力高频振荡,是两种工况下燃烧噪声产生差异的主要二级影响因素之一。     

喷油孔直径对柴油机燃烧及排放的影响

喷油孔直径是影响柴油机排放性能的关键因素之一,虚拟技术已经成为解决该问题的重要手段。在一台高压共轨直喷国Ⅳ柴油机上,研究了喷油孔直径变化对柴油机燃烧、排放性能、经济性及动力性的影响规律。结果表明,减小喷油孔直径可形成细小的油滴,缸内湍流动能变大,提高混合质量,同时缸内压力和燃烧温度增加,NOx排放恶化,而Soot排量减少;喷油孔直径减小使得燃油消耗率先增大后减小,扭矩则是先减小后增大,喷油孔直径为0.17mm时经济性和动力性最差,是因为孔径较大造成混合气不均匀及燃烧较差,使得缸内温度和爆发压力低。     

喷孔直径对柴油机燃烧特性影响的仿真分析

应用三维CFD模拟软件FIRE对柴油机燃烧过程进行数值模拟,研究喷孔直径对燃烧过程及对NOx和碳烟生成的影响。结果表明:不同喷孔直径对油气混合气速度场分布,燃烧缸内温度、压力和排放均有影响,通过分析最终确定喷孔直径为0.35mm,柴油机性能最佳。仿真计算对优化喷射系统以及结构参数,对提高柴油机性能具有重要的意义。     

二级可调增压柴油机高海拔模拟试验平台及平台验证

为了研究二级可调增压系统调节参数对某中型柴油机高海拔燃烧与性能的影响,在传统柴油机性能试验台上,设计了二级可调增压柴油机高海拔模拟试验平台。平台主要包括进、排气低气压模拟系统、增压空气温度控制系统、冷却液恒温控制系统等。为了验证试验平台的实用性与可靠性,进行了二级可调增压柴油机5500m模拟海拔下不同转速全负荷工况试验,结果表明二级可调增压柴油机试验过程中运行正常,发动机冷却液进口温度、低压级以及高压级进气中冷后温度等参数偏离设定值在6%以内,控制效果良好。     

天然气喷射提前角对高压直喷天然气发动机燃烧和排放的影响

应用Converge软件研究了高压直喷天然气发动机的天然气喷射提前角对燃烧和排放的影响,从而达到提高发动机热效率并且降低排放的目的。通过对计算结果的对比分析,得出了不同天然气喷射提前角下的缸内压力、放热率、温度分布以及NOX排放的变化情况。     

边界参数对汽油压燃(GCI)小负荷工况燃烧和排放的影响

针对小负荷工况下汽油压燃(GCI)燃烧模式燃烧波动和排放超标等问题,建立了单缸四冲程汽油压燃发动机仿真模型,并借助CONVERGE模拟平台,对压缩比、缸内初始涡流比、喷油压力等因素进行了仿真分析。结果表明:压缩比为16.5时,峰值缸压出现在上止点之后,可实现小负荷稳定燃烧。缸内初始涡流比为1.5时,峰值缸内平均温度最高,且排放得到进一步优化。喷油压力为20MPa时,能达到较高的热效率和较低的排放。研究结果为实现小负荷工况稳定燃烧,拓展负荷范围提供了理论基础。     

预喷射技术对生物柴油发动机热性能的优化

利用GT-suite软件对某柴油机燃用生物柴油在特定工况下采用预喷射方案缸内工作过程进行了数值计算，测定了不同掺合比生物柴油理化特性，分析了不同掺合比、预喷量和预喷-主喷间隔对燃烧过程的影响。研究结果表明，柴油机扭矩随着生物柴油掺合比增大而下降；在主喷角不变时，不同掺合比生物柴油对应主喷阶段放热率变化较小；相同预喷-主喷间隔和掺合比生物柴油时，随着预喷量增加，预喷阶段放热率峰值增大，主喷射阶段放热率峰值降低且前移；相同主喷角和掺合比生物柴油时，不同预喷-主喷间隔生物柴油放热率曲线形状趋于一致，预喷阶段放热率随着间隔角增大而前移。预喷射能有效地降低发动机排放，综合扭矩、放热率与排放值确定B5-5%-20方案为改善该柴油机在2200r·min^-1工况下最优预喷射方案。     

煤基双燃料发动机的燃烧特性研究

为探索预混合气引燃柴油机的燃烧过程,在CY25型单缸柴油机上进行了聚甲氧基二甲醚引燃甲醇均质混合气的燃烧试验,对比分析了不同甲醇占能比和聚甲氧基二甲醚喷油时刻对发动机燃烧特性的影响。试验结果表明:随着甲醇占能比的增加,缸压峰值降低,最大降幅18.2%。缸内温度降低,有效热效率降低;随着聚甲氧基二甲醚喷油时刻由上止点前20°CA提前至24°CA,缸内最高温度增加,最大增幅21.4%,最高缸内压力和最大压力升高率均增加,最高缸内压力增幅达22.3%,有效热效率降低。     

大负荷下柴油-天然气双燃料发动机燃烧特性数值模拟

为提升柴油-天然气双燃料发动机在大负荷工况下的动力性、经济性和排放性等多种性能,利用某商用软件建立发动机三维气缸模型,探究了二次喷油策略下柴油的喷射时刻对发动机燃烧与排放的影响。研究表明,一定范围内较早的主、预喷时刻可以提高发动机的缸温、缸压、IMEP、燃烧效率等参数,使燃料燃烧更加充分,缸内温度分布更加均匀,并能实现较高的热效率和较低的排放。但是过早的主、预喷时刻会导致燃烧不充分,燃烧效率降低、发动机的性能减弱并产生大量废气等负面影响,由此可见,大负荷下适当提前引燃柴油的喷射时刻可优化燃烧,降低大负荷工况下的爆燃倾向,提高发动机的动力性和经济性,稳定燃烧过程。