喷射参数对柴油机燃烧与排放特性的影响

在一台共轨柴油机上进行了喷射压力、喷射定时、后喷量及后/主间隔角等喷射参数影响作用的试验研究,利用FIRE软件数值模拟获取微观场变化信息,综合分析了喷射参数对缸内燃烧与有害排放物生成的影响机理及规律.结果表明,提高喷射压力和提前喷射定时有利于改善燃油经济性及碳烟排放,但在喷射压力较高(120～130,MPa),喷射定时提前到上止点前2°CA时,再提前喷射定时对碳烟的影响不大,而NOx的生成量显著增加,同时会引起燃烧粗暴.当后/主间隔角一定(15°CA),后喷量为1.5～2.0,mg时,烟度值达到最低,降幅为28%左右;后喷量为1.5,mg时,后/主间隔角在25,oCA附近,烟度达到最低,降幅达到20%.因此,引入后喷时需要选取适当的后/主间隔角和后喷油量,既要增强后喷燃油对缸内流场的扰动效果,使得更多的氧气进入主喷的燃烧产物区,加速碳烟的氧化又要避免进入高温缺氧区域内的后喷燃油量过多以及燃烧过于拖后等负面影响.     

电喷柴油机优化燃烧和排放的数值模拟

应用三维CFD模拟软件FIRE,对1台6106柴油机在不同预喷油量,主预喷定时和主预喷间隔的条件下的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟。通过分析缸内压力和温度变化以及燃烧产物的质量分数,研究了预喷射参数对燃烧过程及NOx和碳烟的影响。结果表明:采用不同预喷射策略,可有效降低缸内燃烧压力,优化柴油机的排放。随着预喷油量的增加,NOx变化不大,烟度(Soot)逐渐增加;随着预喷定时的提前,Soot生成量变化不大,NOx排放逐渐增加。     

两次喷射策略对汽油/聚甲氧基二甲醚高预混燃烧及排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对汽油/聚甲氧基二甲醚(PODE)高预混合燃烧(HPCC)影响的试验研究。研究结果表明:预主喷两次喷射策略能缩短主喷滞燃期,提前着火时刻;预主喷间隔较小或较大时,汽油/PODE HPCC燃烧放热率峰值较低;预主喷间隔为35°时燃烧放热率峰值最高,放热更加集中。预喷比例越大,预主喷间隔和主喷时刻对最大压升率和指示热效率的影响越大。通过预主喷两次喷射策略优化,可以显著提高汽油/PODE HPCC燃烧的指示热效率,减少碳氢和碳烟排放,但最大压升率有所增加。高负荷时,汽油/柴油HPCC因为碳烟排放的限制,适合采用两次喷射策略;汽油/PODE HPCC受限于最大压力升高率,更适合采用单次喷射策略。     

柴油机采用两段喷射实现均质预混合燃烧方式的试验研究

在1135型直喷式柴油机上采用两个喷油泵分段喷油装置，实现了两段喷射。预喷射形成稀薄预混合气，促进燃油与空气的均匀混合，提高混合气形成质量，缩短主喷射的着火滞燃期，加快燃烧速率。试验表明：预喷油量为7．1％，主、副喷射间隔角10℃A时，获得了NOx排放明显降低、碳烟和油耗率都得到改善的效果。     

多次喷射策略对正戊醇-柴油混合燃料燃烧及有害排放影响的模拟研究

为了揭示含氧燃料与喷油策略耦合对发动机燃烧、性能和排放特性影响的机制,基于三维仿真软件CONVERGE,耦合化学反应动力学机理,研究了正戊醇—柴油混合燃料在不同喷射策略下燃烧与有害排放物的生成过程。结果表明,正戊醇促进了燃烧过程,燃用正戊醇—柴油混合燃料时,缸内最高燃烧压力和燃烧放热峰值增大,发动机平均指示压力（indicated mean effective pressure,IMEP）升高,CO、总碳氢化合物（total hydrocarbons,THC）和碳烟排放降低,但NOx排放升高。采用大比例预喷射策略可以促进主喷燃烧过程,提高缸内温度,增大IMEP,但导致CO及THC排放升高,而小预喷间隔会导致碳烟排放增加。后喷射策略导致发动机IMEP降低,但可以降低NOx排放。在小后喷间隔下碳烟排放显著降低,但在大后喷间隔下碳烟排放明显升高。研究表明,正戊醇柴油混合燃料采用大预喷间隔及小后喷间隔的3次喷油策略,能够获得最高的IMEP及最低的有害物排放。     

近后喷射对共轨柴油机高负荷NOx和碳烟影响的数值分析

应用三维 CFD 商用模拟软件 FIRE 对车用共轨柴油机在高负荷工况下采用近后喷射策略的缸内工作过程进行数值计算,分析后喷量和主、后间隔角对有害排放物生成的影响.结果表明,随后喷量和主、后间隔角的增加,NOx 的生成量显著减少,而经济性有所恶化;同时,近后喷射还是降低柴油机碳烟排放的一种非常有效的手段,适当的近后喷射...     

预喷射和掺混乙醇对柴油机性能及排放的影响

本文利用GT-Power软件建立了单缸柴油机的仿真模型,模拟研究了预主喷间隔、预喷油量和乙醇掺混比例对发动机性能和排放的影响。计算结果表明,预喷射能明显改善发动机的燃烧特性和排放性能,但扭矩和燃油消耗率变化不明显;预主喷间隔对发动机性能和排放的影响较小,预喷油量的增加会提高缸内压力和放热率峰值,造成NOx和碳烟排放增加;掺烧乙醇可以显著减少NOx和碳烟排放,提高缸内压力和放热率峰值,不过发动机的扭矩减小,油耗率增加;随着乙醇掺混比例增加,这些趋势进一步加强。柴油机采用预喷射和掺混乙醇相结合的策略,可以改善发动机的排放性能和燃烧特性,而且不会恶化动力性和经济性,是一种有效的技术方法。     

喷射参数对二甲醚PPCCI发动机燃烧与排放特性的影响

在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。     

喷油策略对汽油压燃燃烧及碳烟生成过程影响的数值模拟研究

基于三维计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE,耦合甲苯掺比燃料(toluene reference fuel,TRF)简化动力学机理及多步现象学碳烟模型,建立汽油压燃(GCI)的数值模拟模型。通过改变气道喷射比例、主喷时刻和预主喷间隔研究了高负荷条件下气道喷射结合缸内直喷的喷油策略对GCI燃烧及碳烟生成过程的影响。研究结果表明,增加气道喷射比例、提前主喷时刻和增大预主喷间隔都能够缩短燃烧持续期,使放热更为集中,从而降低碳烟排放;改变气道喷射比例对碳烟成核及表面生长有较大的影响,主喷时刻提前能够提高氧化速率。当气道喷射比例为40%,主喷时刻为-8°,预主喷间隔为15°时,碳烟排放为0.015 1g/(kW·h),相比试验基准工况降低了33.8%,而最大压升率也控制在可接受的范围内。     

基于汽油/柴油双阶段燃烧模式对低温阶段燃烧及排放性能的影响

在一台高压共轨柴油机进气总管上加装汽油喷射系统,汽油采用进气道喷射形成预混合气,柴油采用缸内大角度预喷并引燃汽油.试验以降低NOx排放和消光烟度为主要目标,探究汽油/柴油双阶段燃烧模式的汽油喷射量、柴油预喷正时、柴油预喷量对低温阶段燃烧及排放特性的影响,并通过对燃烧、排放及经济性综合考量构建喷油参数优化策略.结果表明:引入汽油后的燃烧过程呈现两阶段放热,实现了柴油着火时刻可控;增加汽油喷射量可以有效强化缸内油气混合,使主放热率峰值升高,有助于燃烧完全;该燃烧模式的低温阶段避免了传统柴油机NOx和消光烟度出现的折中关系,消光烟度处于低水平范围,均低于3%,;适度提前柴油预喷正时或减少柴油预喷量能同时降低NOx排放和消光烟度,但CO和HC会出现一定程度恶化.     

预喷正时对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

通过台架试验,分析对比柴油机各参数随预喷正时的变化,研究多次喷射预喷正时对柴油机燃烧和排放性能的影响。试验表明,预喷正时决定缸内燃烧的放热始点和放热率,影响缸内的燃烧温度、爆发压力、NOx排放和碳烟的生成,预喷正时为20°时,爆发压力最大;预喷正时为35°时,热效率最高,油耗率和烟度最低;预喷正时为45°时,NOx排放最小。综合分析选择预喷正时40°作为折中优化方案,降低发动机油耗和NOx、碳烟排放,同时提高发动机的热效率。     

预喷射对柴油机瞬态工况燃烧噪声控制策略的试验研究

通过瞬态与稳态工况燃烧噪声测试试验,开展预喷射对柴油机瞬态工况燃烧噪声控制的研究。从缸内压力升高率最大值来分析预喷射对瞬态与稳态工况燃烧噪声不同的影响机理。通过分析预喷射对瞬态工况与稳态工况燃烧噪声的控制差异,得出预喷射同样能够降低瞬态工况燃烧噪声,但控制效果低于稳态工况。在此基础上,得出预喷射控制瞬态工况燃烧噪声的策略: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。     

预喷射对柴油机 NO_x 排放生成的影响

主要描述了柴油机多次喷射过程中 NO_x 的生成机理，阐述了柴油机多次喷射的雾化过程及其滞燃期模型。通过 在产品柴油机上采用预喷射，分析了预喷射量、预喷射与主喷射间隔以及主喷射定时等因素在实际标定过程中降低 NO_x 的原因。     

柴油两段喷射中预喷对主喷燃烧特性影响试验研究

采用可视化定容弹搭配高速数码相机研究柴油两段喷射过程中预喷对主喷喷雾在低温下的燃烧特性的影响。通过对单段喷雾燃烧过程的试验研究发现,随喷射压力增大单段喷雾燃烧的着火延迟期与燃烧持续期减小,而火焰浮起长度与液相长度增大。同时,在相同喷射压力与喷射脉宽下对比单段喷雾燃烧过程与两段喷射主喷燃烧过程得到:两段喷雾的主喷着火位置更靠近喷嘴;主喷的着火延迟期大大缩短,但预喷量对其影响较小;两段喷雾的主喷燃烧持续期增大,且随着预喷量的增大而增大;两段喷雾的主喷燃烧火焰浮起长度小于单段喷雾燃烧火焰浮起长度,且随着预喷量的增大略有增大;两段喷雾燃烧的液相长度小于单段喷雾燃烧的液相长度,且随着预喷量的增大而减小。     

预混合燃烧过程的数值模拟研究

对预混合燃烧降低碳烟形成的机理进行了数值模拟,并与仅有主喷射的燃烧过程的数值模拟计算结果进行对比,结果证明采用预混合燃烧确能降低柴油机碳烟形成。     

基于分形理论的柴油引燃天然气发动机燃烧模型

以柴油引燃天然气发动机为研究对象,针对柴油引燃油的扩散燃烧和天然气气体燃料的均质预混燃烧的特点,分别建立了引燃油多区燃烧模型和基于分形理论的预混天然气气体燃料燃烧模型.在试验验证所建模型的基础上,分析了引燃油量、喷油提前角和发动机转速对柴油引燃天然气发动机性能的影响.研究表明,适当增加引燃油量和减小喷油提前角可以降低柴油引燃天然气发动机的最大缸内压力升高率,从而有利于遏制柴油引燃天然气发动机高负荷时的爆震倾向.     

柴油机分段喷射下混合气形成及其对燃烧排放的影响

基于数值模拟计算,研究了不同预喷策略下某非道路直喷柴油机混合气形成和燃烧过程,分析了挤流和涡流对主、预喷燃油当量比分布和燃烧的影响。结果表明:适当的主预喷间隔(20°)能够使预喷燃油在挤流带动下进入燃烧室凹坑;适当强度的进气涡流比(1.5～2.0)能使预喷油束偏转并在相邻两束主喷油束之间燃烧。二者都可以改善主喷和预喷油束的重叠,并且可以充分利用预喷燃油的放热量促进主喷燃油的混合和提升燃烧速率。优化喷油策略结合适度的进气涡流可以提高发动机功率,降低碳烟排放,但会使NOx排放增加。     

准均质充气压缩点燃系统燃烧特性研究

准均质充气压缩点燃（QHCCI）燃烧系统是在柴油机上实现稀薄预混合气燃烧的有效方法，建立了一个燃烧过程准维数学模型，结合试验结果，对QHCCI系统的燃烧特性进行了研究。内容包括引燃柴油喷射定时对系统燃烧性能的影响，引燃柴油喷射量对系统的影响，以及发动机工作粗暴的特性。模拟结果与试验结果一致，并发现QHCCI燃烧系统的放热律曲线一般呈双峰，引起爆震的原因主要是引燃柴油喷射量大或喷射早造成上止点附近的大量剧烈燃烧造成的。     

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。