105系列直喷式柴油机新燃烧系统开发

本文研究出一种高性能柴油机燃烧系统，该系统完全是在燃烧理论和优化匹配理论的基础上，通过在缸径为105mm的柴油机上研究、试验所得。该燃烧系统在整机功率提高而耗油率减少的情况下对整机并无任何特殊的材料和加工等要求，使柴油机性能得到全面的提高，适合于大批量组织生产。     

直喷式柴油机燃烧系统发展的新途径

本文简要介绍了本研究室多年来对B2、WS和DS等三代燃烧系统的研究概况和经验,基本结构和匹配参数;分析了喷油模型试验的结果,并比较了三者在12150L多缸柴油机上的实验结果。研究表明第三代的DS燃烧系统取得了更佳效果。最后,介绍了DS系统在高增压单缸柴油机上的近期成果,指出DS系统为提高直喷柴油机性能提供了一条新途径。     

直喷式柴油机燃烧系统和喷油系统性能匹配优化

内燃机工作过程复杂，影响因素众多，本文采用正交试验法对柴油机中燃烧室，进气道和喷系三大主要因素进行组合优化，选出了最佳的组合。     

应用正交设计法优化大功率柴油机燃烧系统的多维仿真研究

应用正交设计法对大功率柴油机燃烧系统参数进行了多维仿真优化研究,综合考虑了柴油机的进气系统、喷油系统和燃烧室形状等参数,并通过方差分析得出了单因素和交互作用对柴油机动力性的影响规律.研究结果表明:正交设计法可以用于大功率柴油机燃烧系统优化匹配的多维仿真研究,使柴油机的动力性大幅度提高;从燃烧室廓形中提取出的3个参数(喉口半径、锥台角度和凹坑半径)可以作为燃烧室设计的特征参数;以动力性为优化目标时,喷孔数与涡流比的交互作用影响最大,涡流比、油束夹角与锥台角度的交互作用,喷油压力与喉口半径的交互作用的影响次之,喷孔数有一定的影响;最后得出各种交互作用的匹配关系及其对柴油机动力性的影响.     

直喷式柴油机喷油系统参数的合理选择与匹配

随着柴油机排放法规和汽车费改税的即将实施,柴油机向直喷化方向发展的步伐日益加快,因此怎样合理选择喷油系统参数来优化直喷式柴油机的性能显得尤为重要。本文以YD480直喷式柴油机与IW喷油泵的匹配为例对此作了详细介绍。     

直喷式柴油机强化燃烧的研究

本文阐述对直喷式柴油机强化燃烧的研究,重点通过所建立的优化直喷式柴油机工作过程的数学模型模拟计算,研究和分析了直喷式柴油机的工作过程和燃烧性能。计算与试验研究均表明,提高喷油压力、缩短喷油期、提高增压压力和采用预喷射快速燃烧、均质预混合燃烧等技术,均可强化柴油机燃烧过程以满足动力性、经济性和排放的要求。     

改善高速直喷式柴油机燃烧特性的研究

本文主要研究燃烧室设计、缸内气体流动与蓄压式高压喷油系统三者之间的最佳匹配,以改善高速直喷式柴油机的燃烧特性、降低油耗和烟度。     

基于响应面法的高强化柴油机燃烧系统多参数多目标优化匹配研究

通过引入一种新的优化方法———响应面法,对高强化柴油机燃烧系统进行多参数多目标优化匹配研究。基于有限数量的CFD三维仿真结果,构建了以燃烧室喉口半径、涡流比和喷孔数为输入参数及功率和最高燃烧压力为输出结果的响应面函数,并通过其进行各参数对性能影响的显著性检验和降维分析。基于所得响应面函数进行多参数全局寻优,得到3种具有不同特点的优化方案并与原方案进行缸内微观过程的对比分析。研究结果表明:对于所研究的机型,在喷油压力及喷孔流通面积恒定的情况下,燃烧室喉口半径与喷孔数的匹配和燃烧室喉口半径与涡流比的匹配分别是对功率和最高燃烧压力的主要影响因素;随着喷孔数的增加,功率对涡流比和燃烧室喉口半径的敏感程度逐渐减小,最高燃烧压力对燃烧室喉口半径的敏感程度逐渐增加;在所得的3种优化方案中,10孔和8孔方案可分别单独显著改善功率和最高燃烧压力指标,9孔方案可同时小幅度改善功率和最高燃烧压力指标。     

直喷式柴油机燃用生物柴油的燃烧特性

在一台直喷式增压柴油机上进行了生物柴油、柴油及其掺混油B20、B50的性能试验,通过测量喷油器针阀升程、喷油压力和气缸压力曲线,对放热率、滞燃期等燃烧特性参数进行了分析,以研究生物柴油对发动机燃烧性能的影响。试验结果表明,在相同工况下,随着掺混油中生物柴油比例的增加,喷油始点逐渐提前,喷油延迟角逐渐变大,喷油压力和喷油持续期有所增加;滞燃期逐渐缩短,在大负荷尤为明显;预混合放热峰值逐渐降低,而扩散燃烧放热峰值逐渐增大;缸内最高燃烧压力提高,其对应的曲轴转角也逐渐提前。燃用生物柴油后发动机的热效率有所提高,在中等负荷时尤为明显。     

基于微遗传算法的船用柴油机喷油策略优化及研究

为优化大型船用柴油机的燃油喷射策略,采用微种群遗传算法结合三维数值模拟,在一台大缸径低速船用柴油机上对两个喷油器的主喷时刻、预喷间隔和预喷比例进行了优化,并在优化算例的基础上研究了大型船用柴油机各个喷油器预喷参数和顺序喷射对性能与排放的影响。研究结果表明,在采用顺序喷射的前提下,顺序喷射间隔影响NOx排放和指示燃油消耗率。第一个和第二个喷油器的预喷策略对大型船用柴油机的性能与排放有不同的影响,前者是预喷放热与主喷滞燃期缩短综合作用的结果,而后者主要是预喷放热自身的影响。通过以上研究和优化,柴油机的NOx排放降低了21.27%,表明该方法可以用于优化大型船用柴油机的喷射策略。     

F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

在两种不同供油提前角下研究了燃用F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放特性的影响,结果表明:发动机不做任何调整时,与0号柴油相比,燃用F-T柴油的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力和最大压力升高率较低,燃油消耗率和热效率都得到了改善,HC、CO、NOx和碳烟排放同时降低。当供油提前角推迟3℃A时,燃用F-T柴油燃烧持续期明显缩短,预混燃烧放热峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率进一步降低,扩散燃烧放热峰值略有升高,燃油消耗率变化不大,NOx排放进一步降低, HC、CO和碳烟略有增加,其中HC排放与原柴油机相当,而CO和碳烟仍远低于原柴油机。     

基于近似模型的共轨柴油机喷射系统参数优化研究

基于试验设计理论和响应面近似模型对高压共轨柴油机喷射系统参数进行了优化设计。对FIRE软件中的喷雾与燃烧仿真模型进行了校核与验证,得到了KH-RT喷雾破碎模型参数C2与喷嘴结构参数的关系式,提高了模型的仿真精度。运用中心复合法设计了优化参数的试验计算矩阵,利用FIRE软件进行数值计算。用响应面近似模型技术构造了以经济性为主的综合优化目标函数。利用全局优化与局部优化相结合的优化方法对该近似模型进行了寻优,得到了喷射系统参数的最优组合,大幅度减少了共轨柴油机喷射系统参数设计试验的工作量。与原机相比,经过优化的柴油机燃油消耗率降低了5%,NOx和碳烟排放分别降低了10%和18%。     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料的燃烧特性

根据实测的喷油器针阀升程和示功图,开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时燃烧特性的研究．试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油．结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,喷油延迟角增大,而喷油持续期变化不大．滞燃期随着F-T柴油比例的增加而缩短,其中当F-T柴油的比例由0增至25%时,滞燃期缩短最为明显,此后进一步增加F-T柴油的比例,滞燃期缩短幅度减小．随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,燃烧持续期略有延长,缸内最高燃烧压力和气体最高平均温度降低,最大压力升高率显著下降,发动机的燃烧噪音和机械损失减小,有效燃油消耗率和有效热效率得到改善．     

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.     

基于遗传算法的柴油PCCI发动机喷射参数的优化

利用遗传算法优化预混压燃（PCCI）柴油发动机的喷油压力、喷射夹角和喷射定时3个喷射参数的匹配关系,以达到氮氧化物和碳烟排放及指示燃油消耗率的最佳值．计算中将非支配排序遗传算法（NSGA2）、KIVA-3V和主从式并行算法（Master-Slave）耦合成KIVA3V-NSGA2-MS程序,优化PCCI燃烧以搜寻最优的...     

直喷式柴油机起动过程燃烧分析

为了快速、定性分析柴油机起动过程中的燃烧状态,在直喷式柴油机上进行冷机与热机起动过程实验,提出用瞬时转速和示功图对柴油机起动进行燃烧分析的方法．实验结果表明,冷机起动过程中有失火现象,用瞬时转速可以判断着火首循环和失火循环．根据示功图形状及燃烧状态,定义了4种燃烧状态以及相对应的4种典型示功图形式,将起动过程划分为4个阶段．热机起动初始期和过渡期很短,而冷机起动有明显的4个阶段．不完全燃烧或失火是柴油机起动过程、燃烧过程控制优化的重点,多出现在起动初始期和过渡期．     

新型2D25卧式柴油机燃烧系统研究

针对新型2D25卧式柴油机设计要求,对其燃烧室、喷油系统和进气道进行了设计研究与匹配。通过综合匹配优化研究,新型2D25卧式柴油机达到了设计性能要求,标定功率达37kW(2 400r/min),最大转矩167N.m(1 600r/min),最经济燃油消耗区范围宽广,最低燃油消耗率224g/(kW.h)、最高排气烟度2.5BSU、最高排气温度610℃,排放达到中国非道路移动用柴油机第Ⅱ阶段排放限值要求。     

高压共轨喷射系统参数对柴油机性能影响的研究

针对高压共轨喷射系统在仿真软件中建立喷油器和发动机的耦合模型。在台架试验验证了模型可信性的前提下,对喷射系统进行变参数研究,并分析各个参数对喷油规律和发动机性能的影响。研究结果表明:液压控制容积的大小及控制容积进回油孔径的大小会影响喷油器开启和关闭过程中的喷油速率;电磁阀铁芯质量超过10g时针阀落座明显延后;弹簧预紧力由50N增加到100N时,喷油器的初期喷射速率降低了35%左右,喷射时刻也滞后约2～3°CA;磁场力由70N增加到130N时,初期放热速率增加2倍左右,喷射时刻也提前约2°CA;喷孔的孔数和孔径存在最佳匹配关系,匹配的效果直接影响到喷孔的流量系数,从而影响发动机的性能。