柴油机工作循环热力过程的(火用)分析

利用(火用)分析方法,分析了柴油机工作循环热力过程中诸多不可逆因素所产生的(火用)损失,并对减少这些(火用)损失的方案和措施进行了讨论,提出了改善燃烧过程,减小换气系统流动阻力、降低燃气对壁面的传热、利用废气涡轮回收排气(火用)和减少摩擦等降低循环过程(火用)损失的主要措施,为柴油机循环效率的提高指出了发展方向。     

柴油机排放颗粒物的热重特性分析

为了解不同粒径颗粒物在特定氛围下的氧化特性,该文利用MOUDI采样器收集到的柴油机颗粒物,在纯N2及纯O2环境下,对0.18～0.32、0.32～0.56、0.56～1.00和1.00～1.80 μm 4个粒径级颗粒分别进行热重分析试验。结果表明,随着粒径级的增大,颗粒物中水分和SOF（soluble organic fraction）的含量下降,而干碳烟（soot）和无机盐的含量增加。在纯N2氛围下,颗粒在SOF挥发阶段随着颗粒物粒径级减小,其SOF含量和失重峰值速率随之增加;但在soot热解阶段不同粒径级的失重速率趋同。程序升温终了时,各粒径级颗粒的热重曲线在纯N2氛围下缓滞停在不同位置,而在纯O2氛围下则渐趋归一。随着颗粒物粒径级的减小,热重曲线呈下降趋势,颗粒越细则越易升温（氧化）失重;而在纯O2氛围下,各粒径级在SOF挥发阶段表现出与纯N2氛围下一致的规律但失重速率峰值明显增加。在soot热解阶段,随着颗粒物粒度减小,比表面积增加使其吸附氧的能力增加,发生化学反应的活性增大,颗粒氧化的起燃温度降低,且起燃时刻对应的失重速率增加;各粒径级颗粒物的失重速率峰值出现在600～640℃之间,随着颗粒物粒径增大其soot所占含量随之增多,热解失重速率峰值亦显著增加。研究结果可为颗粒物处理的技术措施提供基础物性数据,有助于推动颗粒物处理装置的改进和优化。     

基于微观场的重型增压柴油机工作循环能量流及㶲流仿真

为了探索重型增压柴油机工作循环中能量流、?流变化和损耗的规律并从缸内微观层面分析其原因,该文以CA6DL重型车用增压柴油机为研究对象,基于热力学基本原理、试验数据及仿真结果计算并分析了不同工况下工作循环中能量流、?流变化和损耗的规律。以B50工况为例,从缸内速度、当量比、温度分布的角度出发,对引起燃烧过程中能量流、?流变化和损耗的原因进行了分析。结果表明:增压柴油机工作循环中能量流、?流变化主要发生在燃烧过程;传热?、燃料累计?、排气损失、CA90、?效率等参数正相关于负荷,而内部?损失及传热?所占燃料?比例负相关于负荷,B25、B50、B75工况下内部?损失占燃料?比例分别为31.3%、29.9%、28.3%;理论当量比区域多集中在中等流速区;燃烧过程中期,缸内流场与高温区在缸壁附近的叠加作用加剧了缸壁的传热损失;当量比分布越不均匀,燃油氧化速率越快,高低温区体积占比差距越大,温升越缓慢,内部?损失率越大。     

4100QB柴油机机体的形状优化及灵敏度分析

为了提高柴油机机体裙部刚度,该文以4100QB柴油机机体为研究对象,使用HyperWorks/Optistruct软件,采用形状优化的方法,进行了设计变量对响应变量的灵敏度分析,完成以提高机体裙部刚度为目标的优化设计。形状优化求解时选取了最大爆发压力工况、活塞侧向力最大工况、主轴承水平分力最大工况3种计算工况,设计变量为机体上与曲轴箱相关的12个结构尺寸,约束函数为机体的应变能、节点的水平位移、机体的质量,目标函数为使得机体裙部相关振型模态频率加权和最大。模拟计算结果显示机体的应变能和固有频率有不同程度的改善。该文的研究方法对于机体类零部件优化设计具有借鉴作用。     

卧式柴油机主轴承润滑特性的影响因素分析

针对自主开发的2D25卧式柴油机,基于弹性流体动力润滑理论,采用AVL Excite Power Unit软件建立了主轴承润滑仿真模型,在考虑内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度的基础上,研究了轴承间隙、轴承宽度、进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响。研究结果表明:在分析的4个结构参数中,轴承间隙和轴承宽度对主轴承润滑特性影响较大,是主要影响因素,进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响相对较小,是次要影响因素。随着轴承间隙的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量增加,最小油膜厚度和平均摩擦功耗降低。随着轴承宽度的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量减小,最小油膜厚度和平均摩擦功耗增加。进油口位置和油槽宽度对轴承润滑特性的影响不呈现明显的变化规律。     

临界温度下循环喷油量对柴油机冷起动和排放特性的影响

为探明循环喷油量对小型农用柴油机冷起动特性和排放性能的影响规律,同时寻求其临界温度下的最佳循环喷油量,该研究以一款直列双缸高压共轨柴油发动机为研究对象,利用环境模拟舱整机试验平台,通过多次预试验测得海拔2000 m下,该机不开启预热装置能够成功起动的临界温度为-5 ℃。在此工况下,采用3次喷射方式,通过改变主喷油量研究循环喷油量对该机冷起动特性和排放性能的影响。结果表明：较大或较小的循环喷油量均会导致柴油机冷起动时间增加,甚至起动失败;随着循环喷油量增大,冷起动时间先减小后增加,循环喷油量为20 mg时冷起动时间最短,且HC、CO排放峰值均最低,分别为12984和3008 mg/L;增大或减少循环喷油量均会导致HC和CO排放峰值增加。循环喷油量较大时,CO排放峰值显著增加,并且峰值出现时刻提前。改变循环喷油量对NOx排放峰值有较大影响,循环喷油量为30 mg时NOx排放峰值最小,为368 mg/L。综合考虑,海拔高度2 000 m,环境温度-5 ℃工况下该柴油机起动的最佳循环喷油量为20 mg。研究结果可为柴油机冷起动特性和排放优化提供支撑。     

6110ZL增压中冷柴油机工作过程模拟计算

根据６１１０ＺＬ增压中冷柴油机工作过程的特点，建立了该发动机的数学模型，提出了进气终了状态估算方法及公式。提出了半涡轮叶轮计算方法，使单进口涡轮机一元流分析法得以在双进口无叶涡壳涡轮机上应用。编制出模拟计算软件     

柴油机多环芳香烃类污染物的测量方法

采用聚四氟乙烯滤膜及XAD-2吸附管采集、超声和索氏提取、气-质联用（GC/MS）分析等方法对柴油机排气中多环芳香烃类污染物进行了定性、定量分析。结果表明,在试验浓度范围内,多环芳香烃（PAHs）各组分的浓度与峰面积的线性关系良好,线性相关系数在0.99以上。线性范围较宽,为0.0125～80 μg/mL。该方法样品采集效率较高,样品提取效率均在95%以上。方法重复性较好,相对标准偏差低于15%,滤膜样品的回收率为70.1%～95.9%,吸附剂样品的回收率为77.0%～102.6%。灵敏度高,检出限在0.04 μg/m3以下。该方法适用于柴油机排气中PAHs含量的快速分析。     

柴油机排放颗粒物中石墨烯结构分析

为了了解不同粒径的柴油机排放颗粒物中石墨烯结构,利用激光拉曼光谱仪和软X射线谱学显微光束线站分析了不同粒径的柴油机排放颗粒物中石墨烯结构和碳原子价态信息。结果表明,排放颗粒的D1峰(由无序石墨烯边缘和基底碳原子的A1g对称振动而产生的)与D2峰(无序石墨烯表面碳原子的E2g对称振动)的相对强度在3.34~4.01之间,石墨烯缺陷类型主要为边缘缺陷。随着排放颗粒粒径的增加,D1峰的半高宽分别增加了2.8和6.7 cm-1,化学异相性增加;D1峰与G峰(是理想石墨烯晶格E2g对称振动引起的)的相对强度分别降低了14.67%和27.17%,石墨化程度提高;D3峰(代表排放颗粒中的无定形碳,主要包括有机成分、碎片和官能团)的相对强度R3分别降低了13.73%和39.22%,无定形碳含量降低。石墨烯晶格内部C-C键长与粒径关系不大,晶格内部C-C键长约为0.142 nm;随着排放颗粒粒径的增加,石墨烯微晶尺寸分别增加了约0.412和0.821 nm,相邻石墨烯间距降低,排放颗粒活性增加;脂肪族C=C化学键、脂肪族C-H和羧基C=O化学键含量降低,"石墨烯性"C=C、酚类C-OH和酮类C=O化学键含量增加。该研究可为不同粒径柴油机排放颗粒形成机理的完善和排放颗粒净化装置的优化提供参考。     

柴油机自动控制系统线性模型的频率特性分析

拖拉机农具机组是一复杂的动力系统，在随机环境和波动载荷条件下工作，传统的静态分析方法不能使拖拉机与柴油机进行最优匹配，动态分析方法是一有效途径。柴油机系统动态分析是农具机组系统动态分析要解决的主要问题之一。在建立了柴油机自动控制系统线性模型的微分方程和以动态载荷为输入、转速为输出的传递函数，导出了系统的频率特性，并给出了计算实例。证明柴油机系统的频率特性是其工作点的函数，并指出了在进行柴油机与动态载荷匹配时应注意两者的频率特性，为农具机组的动态匹配奠定了基础。     

基于膨胀比的自由活塞发动机理想热力循环分析

为提高传统发动机的热效率,降低燃料消耗成本,减少尾气排放,该文建立了基于增压中冷和Atkinson循环的四冲程自由活塞发动机理想热力循环模型,着重分析了膨胀比对自由活塞发动机热力过程的影响,提出了膨胀极限的概念,通过数值模拟方法对膨胀比与发动机热效率关系进行了仿真研究和试验验证,结果表明,通过增大膨胀比可使发动机的热效率提高10%;膨胀终了温度降低500K以上。研究结果可为自由活塞发动机在混合动力车辆上的应用提供参考。     

基于窗口观测的电控柴油机判缸控制的优化分析

柴油机起动初期控制时序的建立过程(判缸控制)直接决定其起动过程的长短,判缸控制是电控柴油机管理系统中最核心的部分。为了缩短判缸时间,提高控制系统的可靠性,该文根据目标柴油机的发火顺序设计了电控系统的转速信号与相位,采用了2套转速计算装置;基于有限状态机,提出了窗口观测联合判缸方法,并开发了电子控制单元(electronic control unit,ECU)复杂驱动层的联合判缸驱动控制软件。试验结果表明该策略是有效可行的,发动机的起动成功率提升10%,达到100%,正常起动成功的时间由1.5 s缩短到1 s以内,改善了电控柴油机的起动性能。该控制策略的实现完善了电控柴油机的时序控制功能,提高了柴油机的电控水平。     

柴油机燃用生物柴油的磨损试验分析

在共轨柴油机上进行了燃用BD5生物柴油的1?000?h可靠性试验,考察长时间燃用生物柴油对柴油机零部件的磨损情况,可靠性试验后对主要零部件进行拆检,主要摩擦副轴颈处可以观察到加工痕迹或光亮,气门处有少量的积碳;测量了主要运动件的磨损量,分析了活塞组、连杆组、曲轴组及配气机构的磨损情况;验证了共轨柴油机长时间燃用生物柴油的可行性。研究结果表明：1?000?h试验后,4缸油环的磨损量为0.004?mm;3缸连杆小头的磨损量为0.043?mm;2缸主轴颈的磨损量为0.003?mm;1缸和2缸的进气门下沉量最大,约为0.009?mm;试验过程中,柴油机各零部件均未发生断裂、剥落、烧蚀、黏结等异常现象。燃烧BD5生物柴油对柴油机主要零部件无异常影响,柴油机可长时间燃用生物柴油。     

柴油机喷雾特性对喷油和环境参数响应灵敏度分析

为了解柴油喷雾特性对喷油和环境参数(背景温度、密度)响应灵敏度,利用高速摄影直拍、纹影技术和自编的图像处理程序,分析了喷雾特性对喷油参数(喷射压力、喷孔直径)响应灵敏度。结合灵敏度分析结果,对比了喷油参数(喷射压力、喷孔直径)和环境参数(背景温度、背景密度)对喷雾特性影响程度的大小。研究结果表明:在背景温度304~770 K,背景密度13~26 kg/m3,喷孔直径0.18~0.26 mm,喷射压力120~160 MPa范围内,雾注气相体积百分比对背景温度响应灵敏度最大,其次是喷孔直径和喷油压力,背景密度最小;雾注平均过量空气系数对喷孔直径响应灵敏度最大,喷油压力略小,其次是背景温度和背景密度。     

低散热直喷比柴油机应用植物油燃料的研究

介绍一种可燃用植物的新型低散热直喷式柴油机，分析了低散热燃油系统对植物油的着火特性，燃烧过程的影响。试验表明，燃用菜籽油与燃用柴油对比，百公里油耗基本一致，标定工况对比，燃用柴油时比油耗ｇｅ＝２２６ｇ／ｋＷ．ｈ，燃用菜籽油时，ｇｅ＝２５９ｇ／ｋＷ．ｈ，而排放ＮＯＸ，ＨＣ，烟度均有降低。     

基于小角散射的柴油机排气颗粒的孔隙结构分析

为进一步降低柴油机的颗粒排放。针对柴油机的排气颗粒,采用热重分析和同步辐射X射线小角散射的方法,分析了颗粒在氧化过程中的内部特征、孔隙结构参数以及孔隙数量和尺寸分布等随氧化温度的变化规律。结果表明,随着氧化温度的升高,颗粒中电子密度差逐渐增大,颗粒之间的统计平均距离增大,颗粒尺寸逐渐减小;颗粒孔隙分布分维数、截面平均孔径、回转半径以及轴向长度均有明显增加;颗粒孔隙的结构紧密程度下降,随着氧化温度升高,小尺寸孔隙数量逐渐减少,大尺寸孔隙逐渐增加,100℃时的颗粒孔隙尺寸主要分布在6~7 nm,200℃是的颗粒孔隙尺寸主要分布在8~9 nm,400℃的颗粒孔隙尺寸主要分布在12~13 nm,总体上孔隙的尺寸和数量呈上升趋势。利用同步辐射X射线小角散射的方法,掌握颗粒氧化过程中孔隙结构的变化规律,对于丰富颗粒的测量方法提供了借鉴,为完善颗粒的氧化机理提供了相关基础数据。     

低温等离子体对柴油机排放颗粒物组分净化效果的热重分析

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对柴油机排气中颗粒物(particulate matter,PM)不同组分的净化效果及作用规律。利用自行设计的NTP发生器以O2为气源生成NTP活性物质并喷射入柴油机排气中,在不同的反应温度下对PM进行净化试验。通过滤膜对反应前后的PM分别进行采样并进行热重分析。热重分析中采用变气氛的控制策略实现将PM中挥发性组分(volatile fraction,VF)和元素碳(elemental carbon,EC)失重过程的区分,并利用阿伦尼乌斯(Arrhenius)法对EC进行了氧化动力学分析。试验结果表明在反应温度为120℃时,NTP对PM的去除量最大,达到了66.79%,对EC的去除量也达到了各反应温度下的最大值。经NTP处理后,VF的挥发起始温度与终止温度无明显变化,PM中VF的质量分数下降了5.86%~13.90%,变化幅度随着反应温度的升高而提高。LVF(low volatile fraction)在VF中所占质量分数明显上升,表明NTP与VF中不同组分的反应速率有明显差异。EC在NTP的作用下氧化起始温度和终止温度降低了30~40℃。EC的表观活化能在NTP处理后从175.97~210.49 k J/mol降低至94.13~109.13 k J/mol。依据EC曲线变化可总结出反应温度的升高对NTP处理EC过程的影响主要体现在处于半氧化态的EC质量分数的上升。该文证实了NTP能够对柴油机排气中PM进行有效去除,为NTP应用于排气处理提供了试验依据。     

柴油机燃用柴油与生物柴油的雾化特性分析

燃油雾化特性是影响柴油机燃烧和排放的关键因素,对比分析了柴油、生物柴油的喷雾特性,探讨了密度、黏度、分子结构、调合比例、喷油泵转速和燃油温度等因素对雾化特性的影响。结果表明：减小生物柴油的密度,降低黏度,通过燃料重新设计打断分子双键结构均可有效改善雾化特性;柴油机喷油泵的转速在1?100 r/min时,柴油和生物柴油的贯穿距离分别在0～0.9?ms和0.5～0.7?ms时到达最大;在上止点5℃A左右,温度为380?K,100%负荷时,生物柴油的索特平均直径最大。     

可变压缩比对增压中冷柴油机性能影响的模拟分析

为计算可变压缩比技术对柴油机燃油经济性和排放性能的影响,该文通过GT-Power软件,对一台装备有中冷废气再循环系统和可变几何涡轮增压系统的C6.6重型柴油机进行了建模和仿真分析,并采用了直喷燃烧预测模型对模型的有效性进行了验证。研究结果表明,可变压缩比技术使柴油机中、低负荷下燃油经济性的改善可达7.2%,再结合适当的废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率和可变几何涡轮增压系统(variable geometry turbocharger,VGT)控制策略,柴油机的NOx和颗粒物的排放性能可达到欧洲5号标准瞬态测试循环(european transient cycle,ETC)中的排放要求。因此,可变压缩比技术可以有效改善直喷柴油机的燃油经济性,提高排放性能。     

农用运输车柴油机特性点的选取

柴油机作为农用运输车、汽车及拖拉机配套动力时,其使用工况有区别,因而对柴油机一些特性点—负荷率、标定功率点、转矩适应性系数、工作稳定性、稳定调速率等的选取有所不同,分析指出应在研究中予以注意。