双燃料发动机与柴油机缸内过程对比分析

应用生物质制气-柴油双燃料发动机燃烧过程的三维燃烧模型,通过与直喷柴油机的对比,分析了双燃料发动机燃烧过程中缸内的流场、喷油颗粒与燃油组分、压力、温度、NOx及O2浓度的分布和燃烧特性,较详细地得出缸内各参数随时间和空间分布的变化规律。     

柴油机燃用二甲醚复合燃烧试验

结合柴油机燃用二甲醚HCCI燃烧与缸内直喷燃烧各自的优点,提出了气道一气缸喷射复合燃烧方式,在一台改造过的柴油机上进行了试验研究.结果表明,燃烧过程包括二甲醚HCCI燃烧和缸内喷雾的预混及扩散燃烧,但随预混合率的不同呈现不同特征.随着预混合率增加,气缸压力、温度、压力升高率以及NOx排放量均先减后增.增大直喷供油提前角可改善油耗率,降低HC与CO排放量,NOx排放量会升高.与HCCI燃烧比较.采用适当预混合率和直喷供油提前角的复合燃烧,在保持NOx基本不变的条件下能有效地拓宽发动机工况范围,同时降低HC和CO排放量.     

谈柴油机排放控制技术

1.燃烧系统直喷技术柴油机污染物的排放量很大程度取决于气缸内的燃烧过程。在柴油机燃烧过程中,喷油规律、喷入燃料的雾化质量、气缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃料在燃烧室的空间分布与混合,因此也将影响柴油机燃烧过程以及有害排放物的生成,所以改进燃烧过程的各个环节(如燃油喷射系统、进气系统、进气口形状、燃烧室形状等)都会改善燃烧过程。目前燃烧系统的直喷技术基本成熟,对控制柴油机排放、污染起到了一定的作用。     

时序进气柴油机缸内分层与燃烧排放特征数值分析

缸内再循环废气(EGR)分布是发动机缸内EGR分层燃烧研究的重点与难点,由时序进气策略通过控制进气组分的充气时段来组织缸内EGR分层分布具有重要意义。以高压共轨重型柴油机为研究对象,采用CFD(Computation fluid dynamics)方法建立全参数数值仿真平台,研究不同时序进气组分经过进气及压缩过程后在缸内的分布特征及其对柴油机缸内燃烧及排放的影响。研究中以CO2代替EGR。研究结果表明,时序进气早期进气组分在气缸底部及燃烧室壁面附近分布较浓,后期进气则在气缸中心顶部分布较浓;时序进气能够获得显著的轴向分层分布;与均匀进气相比,缸内压力和温度偏低,燃烧滞后约0.7°CA,但放热率峰值偏高,NOx排放量降低51.2%,碳烟排放量降低13.4%。     

甲醇缸内直喷发动机均质燃烧特性研

在一台四缸柴油机改造的火花点火甲醇缸内直喷发动机上,高负荷时,在进气冲程将燃油喷入缸内,形成近化学计量比的混合气来实现均质燃烧.通过对典型工况的气缸压力的测量和分析,探讨了不同参数对甲醇发动机燃烧特性的影响.结果表明:甲醇缸内直喷发动机最大功率和最大扭矩比原机分别提高5.88%和20.90%,发动机最高热效率可达35.3%,远高于普通汽油机水平.甲醇缸内直喷发动机的滞燃期和急燃期随负荷的增加而变小.全负荷时,甲醇发动机的燃烧放热始点随转速的增大而推迟,滞燃期和急燃期随转速的增大而增加.发动机循环变动随工况的变化规律与滞燃期一致.     

柴油机燃烧过程仿真平台优化设计

在对KIVA-3V源程序进行微机化移植的基础上,利用先进的计算机软硬件技术,以缸内流体动力学为基础,耦合缸内燃烧过程多维模型,通过添加计算NOx比排放量与每循环排放量的新的子程序对仿真平台进行了优化设计。某型号柴油机仿真计算结果和实验结果的比较表明,该仿真平台能够模拟柴油机缸内燃烧过程,仿真误差客观反应了外界因素对柴油机的影响。该仿真平台对了解柴油机的性能以及对柴油机进行变参数研究都具有指导意义。     

进气涡流与油束夹角对柴油机燃烧性能的影响

进气涡流与喷孔结构对柴油机缸内混合气分布有着决定性的影响,通过合理匹配二者可以优化缸内燃烧过程,从而获得更好的性能.对某小型高强化柴油机燃烧系统进行了多维仿真研究,综合分析了进气涡流与油束夹角的交互作用对缸内混合气分布、燃油蒸发、油气混合以及放热过程的影响机理,得到了二者对该机型的优化匹配准则.结果表明:增大和减小进气涡流和油束夹角可以分别增加上止点前后的燃油蒸发速率;涡流可以加速油气混合过程,而油束夹角过大则会减缓喷油中后期的油气混合速率;涡流比与油束夹角匹配得当时,缸内的混合气更均匀、索特平均直径更小,从而可以显著优化预混燃烧过程.     

缸内直喷汽油机多孔喷雾破碎模型研究

为了建立缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾破碎模型,对FIPA模型、Huh Gosman模型和KH-RT模型进行分析评估,确定了缸内汽油直喷二次破碎模型;以喷油压力为参数,基于初始破碎粒径分布公式,建立了缸内汽油直喷喷雾破碎模型;最后通过定容喷雾实验进行汽油自由喷雾实验,验证所建模型的合理性。研究结果发现:Huh Gosman模型在汽油喷雾模拟过程中,模拟结果与实际喷射过程最为接近;FIPA模型在相应模拟条件下,液滴的破碎速度过快;而KH-RT模型在该喷射条件下,液滴的破碎速度过慢。通过对Huh Gosman模型进行修正,模拟计算结果与实际结果相近。最后利用该模型对不同喷油压力下的自由喷雾进行模拟,计算结果与实验结果吻合较好。     

汽油缸内多孔直喷喷雾破碎模型建立与试验

为了建立汽油缸内多孔直喷喷雾破碎模型,对Huh Gosman模型进行分析评估,并且以喷油压力为参数,建立初始破碎粒径分布公式,从而建立了汽油缸内多孔直喷喷雾破碎模型;并通过定容喷雾试验进行了汽油自由喷雾试验,验证所建模型的合理性.研究结果发现:以经验公式估计的初始液滴直径评估Huh Gosman模型,模拟结果贯穿度偏小;通过建立初始破碎粒径分布函数,同时对Huh Gosman模型进行修正,模拟计算结果与实际结果相近.最后利用该模型对不同喷油压力下的自由喷雾进行模拟,计算与试验结果吻合较好,最大误差小于5％.     

喷射时刻对乙醇/汽油双燃料发动机缸内流场和性能的影响

利用CFD三维数值模拟软件,模拟了1台乙醇缸内直喷+汽油进气道喷射(EDI+GPI)双燃料发动机的工作过程,分析比较了不同乙醇喷射正时下缸内流场的变化规律、缸内当量比分布和缸内压力变化。结果表明:乙醇喷射时刻在250°CABTDC时,缸内流场最合适乙醇的蒸发雾化,能够形成较均匀的缸内混合气,产生最佳的燃烧相位;其余过早或过晚喷射均不利于缸内混合气形成和燃烧。     

柴油机各缸工作不均匀性对Nox排放量的影响

采用高速数据采集系统实测直喷式柴油机气缸压力，通过气缸压力计算分析燃烧放热规律，建立了由放热率预测直喷式柴油机NOx排放的模型，并验证了该模型的精度与准确性。通过实测多缸柴油机各缸压力，利用该模型计算各缸在各工况下的NOx排放，分析了柴油机各缸工作不均匀性对NOx排放的影响。结果表明，多缸机由于各缸压力不均匀，其NOx排放量有一定的差别，气缸压力大，NOx排放量也大；降低柴油机各缸工作不均匀性可降低NOx排放量。     

生物制气-柴油双燃料发动机三维燃烧模拟

以引燃柴油喷雾混合、燃烧化学反应机理、湍流运动、NOx预测模型、初始及边界条件设定和计算网格划分为主要内容,建立了生物制气-柴油双燃料发动机的三维燃烧模型.生物制气由气化炉热解气化各种农林废弃的生物质产生,双燃料发动机由单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装,生物制气通入发动机进气管,在进气过程中吸入气缸,由柴油引燃.计算了多个工况双燃料发动机的燃烧过程及NOx排放,并与机刨花热解制气双燃料发动机试验结果进行对比分析.结果表明气缸压力及NOx排放计算结果与试验结果吻合较好.     

喷油器参数对直喷柴油机喷油及燃烧过程的影响研究

利用CFD软件对1115型柴油机在采用不同喷油器参数时的喷油及燃烧过程进行数值模拟,并分析了不同情况下的柴油机缸内燃油浓度场、示功图,排放等。结果表明:随着喷油器孔数增加、孔径减小,油柱破碎时间缩短,燃油蒸发雾化速度加快,空气利用率提高;油束贯穿距离下降,燃油碰壁现象减弱,燃烧室壁面附近的燃油量减少;油气混合速度提高,滞燃期内形成的可燃混合气量增加,燃油燃烧速率和压力升高率上升,碳烟排放量下降,但发动机零部件机械负荷和燃烧噪声增加、NOx排放量上升。     

低排放柴油机燃烧及放热规律研究

柴油机的燃烧过程对其性能及排放有较大影响,随着排放要求的日益严格,柴油机采用提高喷油压力、推迟喷油来降低NOx排放。根据实测低排放柴油机气缸压力,分析其燃烧过程特性及放热规律。结果表明,推迟喷油,柴油机在大部分工况下,燃烧在上止点后才开始;最大压力升高率、最大燃烧压力较低,其对应相位较迟,放热峰值也较低。     

增压中冷柴油机燃用葵花籽油的燃烧和排放特性研究

葵花籽油具有与柴油相近的物理特性和燃烧特性,因此柴油机可以在不改变其结构的前提下直接燃烧葵花籽油。然而,葵花籽油的黏度高、热值低和挥发性差会使柴油机直接燃用葵花籽油时动力性下降。本文通过增加每循环供油量在保证柴油机动力性不变的前提下对比研究柴油机燃用葵花籽油的燃烧和排放特性。研究结果表明:柴油机燃用葵花籽油时着火晚、滞燃期长,大负荷时放热峰值高,燃油消耗率和NOx排放浓度增加,HC,CO和碳烟的排放有明显降低,但排气温度基本不变。     

涡流比对NO_x与Soot排放影响的数值模拟

影响直喷式柴油机缸内燃烧过程和排放特性的因素可归纳为3个方面,即进气系统参数、喷油系统参数以及燃烧系统参数。基于某企业开发的6缸直喷式柴油机,以AVL公司的FIRE v8.5为平台,以进气系统参数具有代表性的物理参数涡流比为对象,研究了它对直喷式柴油机排放性能的影响规律。在涡流比从1.0增加到2.6的过程中,随着涡流比的增大,喷雾重叠加剧,并向燃烧室挤流区域集中,燃烧室凹坑内空气利用率变差,不利于柴油机的扩散燃烧,Soot排放增大;在涡流比增大的同时,降低了整个燃烧室的平均温度,使NOx的生成量降低。     

小型柴油机降低排放性能的试验研究

以某小型非道路柴油机为研究对象,考察了柴油机的供油提前角分别为18、19、20、21°CA。喷油压力分别为19、20、21、22MPa时。发动机排放性能的变化情况,为确定供油提前角及喷油压力的调整范围提供依据。研究结果表明,发动机NOx排放值随供油提前角的减小而显著下降,烟度值随着供油提前角的减小而恶化;发动机排气的烟度值随着喷油压力的增大而明显改善。NOx排放值随喷油压力的增大而增加。证明减小喷油提前角与增大喷油压力是降低柴油机NOx与颗粒排放最直接有效的方法,为改善小型非道路柴油机排放性能提供参考。     

基于改进粒子群优化神经网络的拖拉机排放方法研究

针对农用拖拉机排放污染严重的问题,特别是限制氮氧化物（NOx）和碳烟（Soot）的排放,以中国一拖集团某型号农用柴油机为研究对象,采用系统建模仿真、台架试验验证和仿真分析结合的方法对发动机排放优化进行了研究。首先构建了农用拖拉机燃烧室三维模型并导入CONVERGE进行燃烧排放模拟与仿真,通过对模型缸内压力、热释放率试验值与仿真值的对比,证明该模型具有较高精确度,能够较好地描述发动机内部燃烧排放过程。之后以燃烧室的缩口率、凸台深度、燃烧室深度为输入,以发动机NOx和Soot排放量为输出建立人工神经网络作为代理模型。计算决定系数R2和平均相对误差（MRE）来验证人工神经网络的精确度。然后在此基础上提出一种改进的粒子群优化算法,从而获得燃烧室缩口率、凸台深度、燃烧室深度的最佳参数组合,形成新的燃烧室结构并导入CONVERGE软件中进行排放模拟计算并与原燃烧室的排放量进行对比。结果表明采用新的燃烧室结构后能够降低发动机NOx和Soot排放,可为相关农用拖拉机燃烧室系统设计和开发提供参考和思路。     

柴油机燃用小桐子油的燃烧过程三维模拟

小桐子油在常温下的黏度比柴油大10倍以上,因此研究柴油机燃用小桐子油的燃烧过程,对于小桐子油作为燃料的实际应用有重要的意义。建立了柴油机三维燃烧模型,对柴油机燃用小桐子油的燃烧过程进行了模拟。模拟所得的气缸压力与试验测试结果较为吻合。通过三维燃烧模拟对缸内的流场、温度场及平均温度的变化进行了分析,发现燃用小桐子油时柴油机的喷油时刻比燃用柴油时略有提前。燃烧始点较早,预混燃烧峰值提前,燃烧持续期较大。