柴油机双卷流燃烧系统的排放特性

为研究双卷流燃烧系统对直喷式柴油机有害排放物生成的影响,该文采用试验和计算流体力学CFD仿真分析方法,探讨燃油喷射系统中喷油提前角、喷孔直径、油束夹角和涡流比对双卷流燃烧系统(DSCS)排放特性的影响.研究结果表明:随着喷油提前角的增加和喷孔直径的减小,NOx生成量增加,碳烟生成量降低;随着油束夹角的增加,碳烟生成量降低,NOx生成量先增加后降低;涡流比和弧脊的匹配直接影响着双卷流燃烧系统中燃油的雾化、混合和燃烧过程,为了降低有害污染物的排放应采用较小的涡流比与双卷流燃烧室,确定了与双卷流燃烧室相匹配的满足NOx、碳烟排放最佳涡流比为1.该研究可为柴油机双卷流燃烧系统优化设计提供参考.     

柴油机双卷流燃烧系统排放特性试验

为合理评价双卷流燃烧系统的排放水平,在单缸机试验台架上对双卷流燃烧室和某国Ⅲ柴油机使用的TCD燃烧室的颗粒、NOx排放、燃油消耗率、缸内压力等进行了测量,并对燃烧放热率和缸内平均温度进行了分析。结果表明,外特性工况下,使用双卷流燃烧室可比TCD燃烧室减少颗粒排放7%～47%,缩短燃烧持续期1°～6°,降低油耗0.75%～3.05%;部分负荷工况下,由于油束贯穿度较小,缸内燃烧以空间燃烧为主,采用双卷流燃烧室时其卷流作用不明显,排放性能与TCD燃烧室相差不大。该研究可为双卷流燃烧系统在降低柴油机排放方面的应用提供指导。     

共轨柴油机起动油量和主喷提前角对起动特性的影响

为研究起动油量和主喷提前角对起动特性的影响,以Bosch第二代高压共轨燃油喷射系统为基础,建立了高压共轨试验测控系统,进行了试验研究,并总结出起动油量和主喷提前角对起动时间和排放的影响规律。试验结果表明：起动过程的起动时间随着起动油量的增加先减小后增大,HC排放随着起动油量的增加而增大;随着主喷提前角的变化存在一个主喷提前角使起动性能最佳,过大或者过小的主喷提前角都会使起动时间增大,HC排放增多。     

高原环境条件下柴油机增压与喷油参数协同优化

增压与喷油是影响柴油机高海拔性能最直接的因素。为了优化柴油机不同海拔条件下增压与喷油系统协同控制策略,建立了二级可变截面增压柴油机GT-Power仿真模型,计算得到了柴油机运行各工况数据。将神经网络与仿真数据相结合,以动力性为优化目标,得到不同海拔条件下增压与喷油系统协同优化规律。研究结果表明:相比于原机,喷油参数经过优化后,最佳循环喷油量增加,增加量呈现出自最大转矩转速点向两侧逐渐增大的趋势。最佳喷油提前角,在2 500和5 500 m低转速下平均分别增加了1和1.5℃A,在中高转速下,平均分别减小了25.2%和17.5%。相比于原机,最佳可变截面的涡轮增压器(variable geometry turbocharged,VGT)叶片开度增大,但增大趋势在不同海拔略有不同,0 m海拔时,增加幅度随转速增加而增大,5500 m低转速时,开度不变,中高转速时,VGT开度增加幅度随转速增加呈现先增大后减小。增压与喷油参数协同优化后,0 m海拔时,VGT叶片开度和喷油量增大,喷油提前角减小,5 500 m海拔时,低转速下VGT叶片开度不变,循环喷油量和喷油提前角增大,中高转速下VGT叶片开度和循环喷油量增大,喷油提前角减小。     

基于光学单缸机的含水乙醇汽油直喷燃烧特性分析

含水乙醇与汽油混合能有效改善发动机的燃烧和排放性能,而混合燃料的微观火焰发展能够揭示宏观表现的机理。该研究以此为切入点,采用光学单缸发动机试验,研究了不同喷油策略下,E10W(含水乙醇体积分数为10%)、E20W(含水乙醇体积分数为20%)和E100W(含水乙醇体积分数为100%)3种含水乙醇汽油燃料的燃烧特性、火焰发展及碳烟生成特性。结果表明:正常喷油时,缸压峰值、放热率、火焰传播速度随含水乙醇比例的上升逐渐增大,其中E100W相比E10W缸压峰值增加10%,燃烧相位提前2°CA,火焰传播速度增加15%,燃烧持续期缩短,E100W的循环变动相比E10W下降了20%;推迟喷油后,燃烧相位相比正常喷油时大幅提前,燃烧循环变动增大。火焰发展过程表明,火焰亮度在火焰充满燃烧室以后达到最大,前锋面向燃油湿壁量较高一侧偏置,池火燃烧剧烈区域黄褐色火焰较多,碳烟生成量较高。推迟喷油后缸内火焰分区现象明显,燃烧不均匀现象加剧,池火燃烧明显增多,含水乙醇的添加使火焰传播更均匀,剧烈燃烧池火区域减少,碳烟相对含量可降低90%。因此,缸内直喷汽油机燃用含水乙醇与汽油的混合燃料,可以有效改善发动机燃烧特性,加快火焰传播速度,减少碳烟生成量,对提升直喷汽油机性能和改善颗粒物排放有较好的作用。     

基于OPTIMUS的柴油机配气正时及喷油提前角的优化

柴油机的配气正时与喷油提前角对其性能影响很大,最佳的匹配参数能够形成缸内良好的空燃比及较佳的燃烧效率,从而获得较高的动力性及较低的燃油消耗率。为得到不同工况下配气正时与喷油提前角的最佳组合,该文将增压直喷柴油机工作过程的SIMULINK仿真模型导入OPTIMUS多学科优化平台;以进气迟后角和排气提前角以及喷油提前角为优化设计变量,以柴油机的经济性和动力性为设计目标进行优化计算。额定工况下该发动机的优化结果是:进气迟后角为42°CA,排气提前角为60°CA,喷油提前角为16°CA。仿真和试验结果表明:模型设计合理准确,优化后柴油机动力性和经济性均有所改善,该研究可为柴油机的改进和优化提供参考。     

柴油机燃用棉籽油时性能的研究

本文研究了直喷式柴油机燃用棉籽油时的性能。通过燃油加温对喷雾特性、燃烧特性、和工作特性的影响及燃油加温前后EMA循环试验所得到的喷嘴积炭状况对比,表明了燃油加温的措施促进燃油雾化,改善燃烧,减轻不完全燃烧倾向,提高热效率,减轻喷嘴积炭,从而能提高发动机的耐久性。本文还分析了加温的机理,并揭示了积炭形成的机理。 文中考察了供油提前角、喷油压力及燃油温度对发动机性能的影响,并用二次正交回归设计的方法建立了热效率与它们之间的数学模型,用优化的方法得到了柴油机燃用50/50混合油时的最佳调整,试验结果说明:用回收发动机余热加温燃油来改善发动机耐久性的措施是可行的。     

“双壁面射流”燃烧系统性能的试验研究

为了改善直喷柴油机的排放与经济性能,该文开发了一种直喷柴油机"双壁面射流"燃烧系统。通过试验的方法研究了燃烧室结构参数、喷油器结构参数、转速、负荷及喷油时刻等运行条件对"双壁面射流"燃烧系统燃烧过程的影响。试验结果表明:随转速的增加,着火始点向后推迟,缸压峰值呈现出先增大后减小的趋势,瞬时放热率峰值、缸内燃烧平均温度和累计放热量都降低;随负荷的增加,着火点提前,缸压峰值对应的曲轴转角向后推迟,缸压峰值、缸内燃烧平均温度和累计放热量都增加,总指示热效率随负荷的增加而降低。不同燃烧室结构参数和喷油器参数的"双壁面射流"燃烧系统燃烧持续期,在2100r/min的负荷特性中,小负荷主要受压缩比的影响,大负荷主要受预混合燃烧量的影响;总指示热效率主要受压缩比和壁面油膜生成量的影响;而NOx与碳烟排放受预混合燃烧量和贯穿度的影响。将"双壁面射流"燃烧系统静态供油提前角提前到18°CA BTDC,能实现扭矩点与功率点同为0.21BSU的低碳烟排放。     

重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放特性

为研究重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放规律及影响因素,提供碳氢排放基础数据,提出控制稀燃天然气发动机碳氢排放的方法,该文利用对比试验的方法对进气总管单点混合增压中冷重型车用稀燃天然气发动机的燃烧特性及外特性、负荷特性碳氢排放进行了研究。试验结果表明:发动机在节气门全开的外特性工况运行时,随发动机转速从1000增加到2000r/min,以曲轴转角计算的速燃期从28°增加到41°;转速保持在2000r/min时,负荷从0到100%,速燃期从52°缩短到41°。外特性的甲烷性碳氢(CH4)排放比例较高,占总碳氢(totalhydrocarbon,THC)排放的95%以上;推迟点火提前角碳氢排放降低,外特性运行时点火提前角推迟6°,在转速1400～2000r/min范围内,THC排放降低了10.1%～15.4%,CH4排放降低了10.9%～16.5%。从空载到75%负荷率范围内,点火提前角推迟6°后,THC排放在不同负荷点降低的平均幅度为24%左右,CH4降低的平均幅度为33.1%左右。在转速1000～2000r/min范围内,随着发动机负荷的提高碳氢排放量增多。标定转速随负荷的增加CH4排放占THC排放的比例升高。该研究为增压中冷单点喷射车用稀燃天然气发动机的碳氢排放控制提供了理论依据。     

柴油机喷嘴内小桐子油流动特性仿真分析

为对燃用小桐子油柴油机的燃油喷射及雾化进行系统研究,建立了考虑燃油黏度、密度及气泡数密度随喷射条件变化的三维气液两相流空穴模型,在对所建数学模型验证的基础上,进行了喷油压力、喷油背压及燃油温度对喷嘴内小桐子油空穴流动特性影响的数值模拟,并与喷嘴内柴油的流动特性进行了对比分析。结果表明：应用小桐子油作燃油时,随着喷油压力的增加,喷孔出口燃油的平均流速及质量流量逐渐增加,流量系数逐渐降低,但空化效应变化并不明显;喷油背压的变化对喷嘴内小桐子油的流动特性影响较小;随着燃油温度的升高,喷孔出口平均流速、质量流量及流量系数均大幅提高,空化效应显著增强。相同喷射条件下,小桐子油的空化效应及喷孔出口平均流速均低于柴油,但其质量流量及流量系数是否低于柴油,还受到燃油温度的影响。该研究可为燃用小桐子油柴油机工作过程的深入分析提供参考。     

柴油机分卷流燃烧系统燃烧和排放性能试验研究

为了提高柴油机燃烧室的油气混合性能、降低燃油消耗率和碳烟排放,该文提出了柴油机分卷流燃烧系统。利用单缸机试验系统和仿真计算分析了分卷流燃烧系统在不同工况下的燃烧和排放性能。单缸机试验结果表明:在各试验工况下,分卷流燃烧系统燃油消耗率均比双卷流燃烧系统低,油耗最大降幅为5.41%,碳烟排放最大降幅为20.48%。仿真计算表明分卷流燃烧系统当量比为0.66到2区间内的燃油比例较高,当量比大于2的燃油比例较低,分卷流燃烧系统缸内当量比分布均匀,因而油耗降低,热效率提高,碳烟生成较少。分卷流燃烧系统对于推动柴油机节能减排有着重要的意义。     

关中地区不同后屋仰角日光温室保温性能分析

为了确定关中地区最适宜的后屋仰角,本试验将后屋仰角为35°、40°、45°、50°的日光温室,分别编号为1#、2#、3#、4#,在最冷月对四类温室及室外的气温、5cm和20cm地温、后屋内表面温度以及室内作物受冻表现进行了观测与分析。结果表明：各温室的保温性能顺序为3#〉2#〉1#〉4#,3#温室1月中下旬的最低气温平均为9．3℃,平均气温为11．3℃,气温日较差平均为11．4℃;3#温室土温及后屋内表面温度也高于同期其它温室。方差分析表明,3#温室气温日较差与1#、4#温室差异显著。4#温室日最低气温最低,并与外界最低气温间为极显著正相关关系（r=0．708〉r0.01）,且作物绝收。试验结果认为,在关中地区最优的后屋面仰角应该为45°左右。     

含水乙醇汽油直喷发动机燃烧与碳烟排放特性

为了深入分析含水乙醇对汽油直喷(GasolineDirectInjection,GDI)发动机性能的影响,利用CONVERGE软件,结合耦合含水乙醇汽油燃烧机理和碳烟模型,进行了三维模拟,从微观角度研究了GDI发动机结合废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)技术燃用含水乙醇汽油时的燃烧及碳烟生成与排放特性。结果表明:含水乙醇掺混比的增大有助于加快火焰传播速度,进一步缩短燃烧持续期。碳烟前驱物(PAHs)控制碳烟的成核和生长,含水乙醇汽油的含氧特性及高活性的OH可以抑制碳烟生成,与E0(含水乙醇体积分数为0)相比,E20W(含水乙醇体积分数为20%)的碳烟前驱物苯、萘、菲、芘的质量峰值分别降低了60.0%、54.5%、73.3%、52.4%,碳烟质量峰值降低了63.6%,碳烟数量密度峰值下降了40.0%。EGR的引入使燃烧效率降低,PAHs和碳烟生成质量升高,碳烟数量密度降低,含水乙醇的添加能改善EGR环境中的燃烧效率,降低未燃HC和碳烟生成量。相比纯汽油,含水乙醇汽油结合EGR技术,弱化了EGR对燃烧和碳烟排放的负面影响。因此,EGR结合含水乙醇汽油能够改善发动机燃烧特性,降低发动机的碳烟等污染物排放,对提升GDI发动机性能和改善颗粒物排放有较好的作用。     

柴油机燃烧室的系统设计方法研究与应用

为使柴油机燃烧室设计走向系统化和正规化,提出了柴油机燃烧室系统设计的概念。通过对因子处理方法和响应分析方法的梳理总结了9种因子-响应组合方法,选取其中1个燃烧室设计方法进行方法展示。此方法以一款四气门直喷式柴油机作为研究对象,建立了缸内气体瞬态流动模型,以缸内气体流速和湍流动能作为评价标准,在压缩比基本保持不变的前提下,对比分析了缩口率分别为16.4%、6.1%、9.8%、9.8%且底面凸台形状不同的A、B、C、D 4种ω型燃烧室对缸内流场的影响。研究结果表明,燃烧室几何结构对柴油机进气阶段和压缩阶段前期的缸内气流运动影响较小,对压缩阶段后期缸内气流运动影响显著。在上止点前后20°曲轴转角区段,底面凸台呈锥形的C型燃烧室的平均挤流速度、逆挤流速度比底面凸台呈球形的D型燃烧室分别高25.2%、26.4%;缩口率为16.4%的A型燃烧室内气体平均湍流动能比缩口率为9.8%的D型燃烧室高25.4%。与底面凸台呈椭球形的A型和呈球形的D型燃烧室相比,底面凸台呈45°锥形的B、C型燃烧室在湍流动能强度和逆挤流强度方面的保持性更好。该文研究结果可为柴油机燃烧室结构设计和优化提供参考。     

柴油机侧卷流和分卷流燃烧系统性能测试与分析

侧卷流燃烧系统（Lateral Swirl Combustion System,LSCS）和分卷流燃烧系统（Separated Swirl Combustion System,SSCS）均是利用特殊设计的燃烧室壁面导流结构来引导缸内喷雾形成卷流运动,达到改善油气混合质量的目的。两种燃烧系统在缸内的布油策略不同,为对比研究两种燃烧系统的性能,该研究利用模拟增压单缸柴油机进行了侧卷流燃烧系统和分卷流燃烧系统在不同负荷和过量空气系数下的燃烧性能试验;采用AVL Fire软件探究了两种燃烧系统改善油气混合过程的机理。试验结果表明：不同工况下,侧卷流燃烧系统的燃油消耗率和碳烟排放均低于分卷流燃烧系统;相比于分卷流燃烧系统,侧卷流燃烧系统在不同负荷下的燃油消耗率降低了2.4～7.8 g/(kW·h),碳烟排放降低了2.7～3.9 FSN（Filter Smoke Number,滤纸式烟度单位）;在不同过量空气系数下的燃油消耗率降低了3.2～9.8 g/(kW·h),碳烟排放降低了2.3～3.8 FSN,燃油消耗率最大降幅为4.3%,碳烟排放最大降幅为87.0%。仿真结果表明：侧卷流燃烧系统中,油束在分流造型的导流作用下形成侧向卷流运动,相邻两束卷流在流出分流造型时产生壁射流干涉作用,进一步提高了燃烧室内的空气利用率;而分卷流燃烧系统在活塞下行时,油束触壁位置的改变导致了燃油聚集现象,不利于油气混合过程。相较于分卷流燃烧系统,侧卷流燃烧系统的空气卷吸量增加了9.3%,在当量比为2～4区间内的燃油质量比例较小,在当量比1～2区间内的燃油质量比例较大,表明侧卷流燃烧系统的油气混合均匀性较好。因此,侧卷流燃烧系统对油气混合过程的改善作用更为显著,明显提升了直喷式柴油机的燃烧性能,减少碳烟生成。研究结果可为直喷式柴油机燃烧室结构设计和优化提供技术参考。     

降低柴油机排放的多因素匹配试验研究

以增压器、喷油器、喷油泵以及供油提前角为试验因素，以降低NOx和PM排放为研究目标，采用单纯形法的多因素试验法，进行了柴油机低排放匹配试验。结果表明：单纯形法可以优选柴油机多因素的匹配方案。多因素匹配结果为：选用进气压力和过量空气系数较大的增压器，适当的增大喷孔孔径，选用柱塞直径较大的喷油泵，适当的调整供油提前角，可使柴油机的NOx和PM排放分别降低了19.8%和26.9%。     

小功率非道路用柴油机动力、经济及排放特性

为提高小功率非道路用柴油机的动力性、经济性、降低有害物排放,开展了柴油机缸内燃烧过程的试验研究。该文以非道路用N490直喷柴油机为样机,通过对燃料喷射系统参数优化,提高喷油压力和优化喷油特性;通过对配气定时调整,提高柴油机常用转速下的充量系数;通过对燃烧室结构的优化设计,改善缸内油气混合。柴油机经优化后,性能得到大幅提升,柴油机在标定工况、最大扭矩工况燃油消耗率分别下降了3.0%、2.43%,不透光烟度分别减少了14.6%、10%;整机的CO、NO_x+HC、颗粒(PM)与原机相比分别下降了34.7%、21.5%、34.9%,排放达到了非道路国三排放标准限值要求。通过对燃料喷射系统、进气系统与燃烧室的优化匹配,完全可以在降低有害物排放的同时,提高柴油机的经济性。试验研究可为提升非道路用柴油机性能并满足国三排放法规提供技术参考。