柴油机微粒捕集器喷油助燃再生过程热工特性

为获得柴油机微粒捕集器喷油助燃再生过程热工变化特性,在考虑微粒氧化反应次模型的基础上,建立壁流式蜂窝陶瓷过滤体喷油助燃再生数学模型,通过对速度场、压力场、温度场与微粒浓度场等多场耦合求解,研究其再生过程热工参数变化规律。结果表明:喷油助燃装置热工参数、排气特征对过滤体再生过程影响较大。适当增大气油配比、提高喷油压力与喷油速率及加大补气流量均使再生过程中过滤体孔道壁面峰值温度升高,沉积在过滤体孔道壁面上的微粒层氧化燃烧速率加快,缩短过滤体的再生时间,但随着气油配比、补气流量的进一步增大,空气对流散热损失增强,及喷油速率进一步提高,混合气过浓导致燃烧器燃烧性能恶化等影响,孔道沉积微粒氧化速率、壁面峰值温度下降,再生速率降低。排气流量对再生过程的影响与补气流量相似,但从分析结果来看,排气流量能否合适控制对过滤体的再生过程有重要影响。这些规律的提出,为实现微粒捕集器安全、可靠、高效地再生及其过程控制的优化等方面提供依据和技术参考。     

柴油机喷油脉宽和喷油压力变化对喷油器流量系数的影响

为明确柴油机喷油脉宽和喷油压力改变对喷油器流量系数产生影响的规律并研究规律产生的原因,进行了常用喷油脉宽下及较大喷油压力范围内的试验。以动量法测量喷油规律并计算相应喷嘴流量系数,采用一种基于流动损失理论的方法分析流量系数变化规律,观察其结论与试验结果的吻合程度。试验结果表明:当喷油压力超过160 MPa、喷油脉宽改变量为500μs时,平均流量系数的变化幅度不超过5.9%;当针阀完全开启持续期与喷油持续期之比达到0.85左右时,平均流量系数与最大流量系数相差7.5%,基于流动损失的流量系数分析方法是比较准确的。该研究可为优化柴油机喷油及发展喷嘴流量系数相关理论提供参考。     

农用柴油机喷油系统中液—汽两相流动过程的试验研究

利用CCD摄像机、A/D转换卡、微型计算机、图像采集卡和其它测试设备对农用1105柴油机喷油系统中液—汽两相流动过程进行了试验研究。在实际运转中的1105柴油机中发现了在空转、额定功率及最大扭矩等工况下其喷油系统内存在着大量的汽泡现象,汽泡的运动规律极其复杂,并在各种工况下对发动机性能有不同程度的影响。     

喷油压力喷孔直径及燃油属性对混合柴油喷雾特性的影响

为了研究松油-柴油-PODE_(3-4)混合燃料的喷雾特性,该文利用高压共轨喷油试验台结合高速摄影技术拍摄了不同工况下松油-柴油-PODE_(3-4)混合试验燃料的喷雾发展图像,分析了燃油属性、喷油压力、喷孔直径对混合柴油喷雾特性的影响。结果表明:随着喷油压力的增加,试验燃料的喷雾锥角变大,喷油压力从100到160 MPa,每增加20 MPa喷雾锥角平均增加1°左右,喷雾前锋贯穿距离也有一定程度的增长,随着喷油压力从100增加到160 MPa,最大喷雾前锋贯穿距离增加13%左右;随着喷孔直径的增大,喷雾锥角和喷雾前锋贯穿距离都呈现增大的趋势,喷孔直径从0.10增加到0.18 mm,喷雾锥角增加了3°左右,喷雾前锋最大贯穿距离增加28%左右;在纯柴油的基础上掺混松油和PODE_(3-4)后的混合燃料,其喷雾锥角、贯穿距离和油束面积相对于纯柴油都有增长的趋势,说明在纯柴油的基础上掺混一定比例松油和PODE_(3-4)有助于改善燃料的雾化效果。试验研究结果可以为松油和PODE_(3-4)成为柴油机替代燃料提供参考。     

柴油机多次喷射干扰的喷油脉宽评估方法及抑制策略

为了防止柴油机多次喷射相互干扰或重叠对喷油器、控制器以及发动机性能造成影响。该文选取大、中、小负荷3种工况,进行了预喷与主喷不同程度重叠对喷油器驱动电流、柴油机缸内燃烧及排放性能影响的台架试验。试验结果表明：当预喷与主喷重叠时,喷油器的最大提升电流达到39 A左右,约为喷油器规定电流的2倍,极有可能对喷油器及控制器造成损坏;重叠度在0以上时,喷油器处于连续开启状态,2次喷油合并为1次喷油,预喷效果消失,燃烧滞燃期延长;重叠度0与-50%相比,3种工况的着火延迟角度分别增加4.1、4.8和5.2 °CA,增幅分别为86.7%、115%和99%;随着滞燃期延长,燃烧始点推迟,缸内压力及燃烧温度升高,燃烧噪声增加,排放性能受到一定程度的影响。针对预喷与主喷重叠带来的问题,提出了基于喷油脉宽评估方法的多次喷射干扰抑制策略,并进行了台架验证试验。结果表明：当抑制系统监测到预喷与主喷会发生干扰或重叠时,控制策略能够协调预喷在合理的角度范围内进行喷射;当预喷不能满足喷油角度释放条件时,抑制策略通过控制状态字有效关闭预喷。研究结果可为柴油机多次喷射协调控制提供理论依据。     

基于键合图理论的共轨式喷油器建模与试验

电控喷油器作为高压共轨喷油系统关键部件工作过程中涉及机、电、液多物理场耦合,为预测不同工况下系统喷油量特性,揭示系统多物理场耦合特性机理,该文考虑可变液容及燃油物性等对系统动态喷射特性的影响,运用键合图理论建立了共轨式喷油器各主要组成部件数值模型,得到了系统状态方程,通过对系统状态方程组数值求解计算,得到了不同工况下系统喷油量。建立了高压共轨喷油系统喷油量测试试验台,比较了轨压分别为80、100和120 MPa不同控制脉宽下系统喷油量测量结果与键合图数值模型计算值。结果表明计算结果与测量值最大相对误差为4%,因此基于键合图理论建立的共轨式喷油器数值模型可较好地预测系统喷油量特性。该研究对高压共轨喷油系统多物理场建模及系统喷射性能数值计算提供了参考。     

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。     

喷油压力及背压对丁醇柴油喷雾影响的模拟及验证

为深入了解丁醇柴油的喷雾特性,该文根据喷雾可视化试验结果,利用AVL Fire软件建立了耦合喷嘴内流动的丁醇柴油喷雾模型,并依据试验结果证明了模型的准确性。通过该模型研究了喷油压力、背压和掺混比对丁醇柴油喷雾的影响,计算了各种因素对混合燃料的油束发展、喷雾贯穿距、索特平均直径(sauter mean diameter,SMD)、速度场和浓度场的影响。结果表明:随喷油压力和背压的变化,正丁醇体积分数为25%的丁醇柴油混合燃料(记为N25)的油束形态基本不变;随喷油压力的升高,N25的贯穿距增加,SMD减小,油束和环境的卷吸增强,油束中心速度和轴线附近浓度均增加;随背压的升高,N25贯穿距减小,SMD在喷雾初期稍降,喷雾中后期基本不变,油束中心的速度降低,浓度增加;随正丁醇掺混比的增加,贯穿距和SMD均逐渐降低;随环境温度的升高,贯穿距增加,SMD在温度由293.15 K升高后明显降低,而后随温度升高变化不大。该文的研究分析了多种因素对丁醇柴油喷雾的影响,为其作为替代燃料的应用提供了理论支持。     

基于超高速摄影分析柴油机近场喷雾锥角变化特性

为研究近场喷雾锥角的变化及其对初次雾化的影响,在可视化定容弹试验台上,采用超高速数码摄影和长距工作显微成像技术相结合的方法,研究了不同喷射压力、背压及孔径对距喷孔出口4 mm范围内高速射流的喷雾锥角的影响。结果表明,在整个喷油过程中,近场喷雾锥角呈现三段式的发展,存在2个波峰"始峰"和"尾峰"以及一个稳定波动段;启喷阶段,喷射压力越高近场喷雾锥角的"始峰"值越大,且"始峰"出现的越早,喷油器的启喷性能也越好,而背压对启喷性能影响较小;结束阶段,随着喷射压力和背压的升高,近场喷雾锥角的"尾峰"值越大,同时"尾峰"出现的时刻更为靠后;稳定阶段,背压越大,近场喷雾锥角越大,而近场喷雾锥角随喷孔直径的增加呈现出减小的趋势。     

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.     

气泡模型在喷油系统模型仿真中的应用

为了更准确预测喷油系统中压力脉动变化,引入了基于气泡溶解和析出的物理过程的气泡模型,将其应用到柴油机喷油系统模型中,并编制了喷油系统模型仿真程序。对含气率恒定和应用气泡模型的柴油机喷油系统分别进行仿真,并将仿真结果与试验数据进行了对比。对比结果表明：含气率恒定的喷油系统模型仿真结果曲线比较平滑,而应用了气泡模型的喷油系统模型中,由于气泡体积随着系统压力和时间而变化,尤其在压力大于45 MPa后,气泡体积减小速度增大,造成压力出现震荡,仿真结果和试验数据更加吻合。该研究不仅验证了气泡模型应用在柴油机喷油系统仿真中的可行性,而且为以后气液两相条件下的柴油机喷油系统模拟研究提供了基础。     

引燃柴油量及喷射间隔对直喷天然气发动机排放的影响

为优化直喷天然气发动机的喷射策略,在一台六缸电控直喷天然气发动机上,用试验方法研究了引燃柴油量及柴油/天然气喷射间隔对发动机HC、CO和NO_x排放的影响。试验结果表明:喷射间隔一定时,HC排放随引燃柴油喷射量的增加而降低;在引燃柴油喷射量为4.0 mg时,HC排放随喷射间隔的增加而增加;引燃柴油喷射量在6.0~11.5 mg范围内,HC排放在喷射间隔从0.5 ms变化到1.1 ms时,变化较小;喷射间隔增加到1.4 ms时,HC排放升高趋势明显。CO排放随引燃柴油喷射量的变化规律为先降低后升高;在不同的柴油喷射量下增加喷射间隔,CO排放均降低。NO_x排放随引燃柴油喷射量的增加先降低后升高;在喷射间隔为0.5 ms时,NO_x排放相对较小,在喷射间隔为1.4 ms时,NO_x排放最高。增加引燃柴油喷射量有利于HC的减排,对CO排放的影响较小,但会导致NO_x排放的恶化;增加喷射间隔会促使HC和NO_x排放的升高,但CO排放有所降低。     

小型涡流室柴油机供油与燃烧系统协同匹配

小型涡流室柴油机的供油与燃烧系统优化是满足不断加严排放法规的基础。该文以某170F涡流室柴油机为研究对象,运用模拟计算与试验结合的方法,对其供油及燃烧系统开展研究。借助工程软件构建了供油系统仿真模型,通过设计长型短结构喷油器、优化供油系统参数,来提高喷油压力和优化喷油特性;利用FIRE软件对燃烧过程进行模拟,找出了喷油油线在涡流室内位置及燃烧室容积比的最佳范围。柴油机优化后整机初次试验气体比排放低于国家第三阶段排放限值,CO和HC+NOX分别较原机下降了72.8%和21.3%(八工况循环),标定工况烟度由原机4.5下降到1.2 BSU,有效燃油消耗率较原机下降了约16.1%。该研究工作为小型涡流室柴油机性能提高和节能减排提供了参考。     

径向柴油机微粒捕集器流速分布特性数值分析

为了得到径向柴油机微粒捕集器内流速分布特性,该文利用流体计算软件对一种可旋转径向式微粒捕集器内流速分布特性进行了数值研究,考察了排气流速、管道直径比、扩张角及载体长度等参数对微粒捕集器内流速分布的影响规律。在入口气流流速50 m/s条件下,测量了微粒捕集器各计算截面内流速分布情况,并且与计算值进行了比较,最大误差为3.2 m/s,在允许范围之内。结果表明,降低排气流速、减小管道直径比与扩张角、增加载体长度均有利于提高微粒捕集器内流速分布均匀性。该研究对控制微粒捕集器再生过程、提高过滤体利用率及微粒捕集器使用寿命有重要意义。     

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。     

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。