高压共轨多次喷射系统油泵单元控制策略

为了满足多次喷射技术对高压油泵泵油提出的新要求,该文基于GD-1电控柴油机高压油泵设计了适应于多次喷射的控制策略,并在发动机台架上对其进行了试验验证。试验结果表明,该控制系统实现了对高压油泵的有效控制,最大限度地发挥出高压油泵的优越性能,并有效保证整个电控喷油系统的可靠性,为进一步改善高压共轨式柴油机的多次喷射控制和降低柴油机的排放提供了良好的基础。     

柴油机高压共轨燃油喷射压力故障诊断及保护

燃油喷射压力的控制精度直接影响燃油的喷射质量,为了加强轨压控制的可靠性,降低排放,通过对轨压采样处理以及共轨压力控制算法的研究,提出了燃油喷射压力相关故障的检测方案,包括轨压闭环控制相关故障以及限压阀故障,利用自主研发的共轨平台设计了相应的诊断软件,并给出了保护策略,在柴油机上完成了各种轨压故障诊断试验。试验结果表明该诊断方法能迅速有效的识别轨压的各种相关故障,既无漏报也无错报,相应保护策略也能及时的很好的起作用,完全达到了排放法规的要求。     

共轨柴油机缸内喷雾与燃烧动态可视化试验

为研究电控高压共轨柴油机缸内喷雾与燃烧,以某高压共轨柴油机为样机设计了一种多功能动态可视化试验装置,采集了共轨柴油机缸内动态燃烧过程图像。在此基础上,对柴油机进气道进行改进,利用工业纯度的氮气替代新鲜空气,使柴油机在单缸不着火的条件下,实时采集缸内多次动态喷雾图像。研究表明:利用该装置可以清晰、真实地观察到电控高压共轨柴油机预喷、主喷与后喷的多次喷油时间、喷雾锥角和雾化情况。预喷发生在-25°曲轴转角时,持续期约5°曲轴转角,喷油量较少,雾化不明显;主喷发生在-10°曲轴转角时,持续时间约10°曲轴转角,喷油量大,贯穿力强,可以清晰地观察到缸内明显的油束和喷雾锥角,喷雾以直线形式向活塞顶"ω"型底部扩展;后喷发生在8°曲轴转角时,持续时间较短,喷油量较少,但由于较高的缸内温度使燃油雾化效果明显。在着火时,可以实时观测不同工况下缸内着火、火焰中心形成以及火焰传播过程。缸内着火初始,燃油离散不充分,只有部分燃油和空气混合,即所谓的预混合着火部分(-15°~-4°曲轴转角)。在上止点附近,随着空气的流动使得火焰迅速扩散而充满整个燃烧室。对比额定工况下缸内燃烧图像,怠速工况下着火时刻推迟约5°曲轴转角,火焰占有面积较小,亮度较低。该研究为合理组织电控共轨柴油机缸内喷雾与燃烧提供大量的缸内信息与试验测量手段,可以对柴油机缸内喷雾与燃烧模拟计算结果进行试验验证。     

高压共轨喷油系统多次喷射油量精确测量与规律分析

该文采用先进的EFS瞬时喷油量测量仪对高压共轨喷油系统多次喷射的预喷和主喷油量同时进行精确的测量,通过大量试验数据分析,文章总结了主、预喷油量跟随喷油间隔的变化规律。另外,发现了主喷油量在小喷油间隔时明显的波动性,通过试验分析确定了喷油器的电液力延迟和喷油间隔时高压燃油的波动是主要原因,为喷油参数的标定和多次喷射控制策略的设计提供了可靠的试验依据。     

基于响应曲面法的非道路用高压共轨柴油机设计点优化标定

针对柴油机采用高压共轨系统带来标定与优化工作量显著增加的问题,基于Box-Behnken设计与响应面法对处于标定阶段的一款非道路用高压共轨柴油机进行了研究。以该柴油机设计点为例,在最大转矩转速1 600 r/min与额定功率转速2 600 r/min的全负荷工况下,选取主喷油量、预喷油量、主喷正时以及喷油压力4个标定变量为因子,在满足设计指标与相关约束的条件下进行了优化标定。试验结果表明:基于响应曲面法建立的柴油机各二阶响应面回归模型具有良好的准确性和预测能力,决定系数R2、调整决定系数R2 adj以及预测决定系数R2 pred均在0.92以上,试验值与预测值的最大偏差不超过3.07%;优化之后得出的标定变量组合使得该非道路用高压共轨柴油机的最大转矩达到200.7 N?m,额定功率达到40.1 k W,满足其设计指标,同时有效燃油消耗率、空燃比、最高气缸压力以及最高排气歧管气体温度均在许可的约束范围之内,表明将响应曲面法用于非道路用高压共轨柴油机设计点的优化标定是可行的。     

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。     

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。     

催化剂存储还原柴油机NO_x排放的试验

为了验证NSR催化剂对柴油机NOx排放的存储还原性能,该文采用浸渍法制备了一系列NSR催化剂:x Ce(25-x)Ba/γ-Al2O3(x为质量分数,且x=8~12)和Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜对其性能进行表征;通过台架试验,研究了10Ce15Ba/γ-Al2O3和Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx排放的存储还原性能。结果表明,Ba O和Ce O2的粒径变化范围为5~20 nm。随着x值增加,Ce O2晶粒尺寸变大且分散性变差;当x=10时,Ba O晶粒尺寸细小且分散性最好。当柴油机负荷低于50%时,10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx主要以吸附为主,NOx脱除率最高达80%;当柴油机负荷高于50%时,NOx开始脱附并被还原成N2,NOx脱除率最高为60%。与10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂作用相比,Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx的吸附和脱除性能较好,其中柴油机负荷低于50%时,NOx脱除率接近100%,柴油机负荷高于50%时,NOx脱除率最高为75%。研究结果对NSR催化剂的开发以及在排放后处理领域的应用具有指导意义。     

基于模糊控制的流量控制阀仿真

采用小型针阀、直流电动机及减速器设计了机电流量控制阀,解决了变量喷雾过程中药液微小流量的控制问题。构建了机电流量控制阀传递函数的数学模型,并为之设计了模糊控制算法。对该流量控制阀进行了模糊控制和PID控制的MATLAB仿真,结果表明：模糊控制在响应速度和超调量方面优于PID控制,稳态误差两者均在±3.0%以内。     

高压脉冲电场共场杀菌处理室性能仿真与试验

为获得最优的共场杀菌处理室结构和性能,该文以不同结构共场杀菌处理室为研究对象,利用COMSOL Multiphysics软件对共场杀菌处理室内的电场强度分布、流料特性以及温度分布情况进行了仿真,得到了不同结构共场杀菌处理室的耦合场特性。试验结果表明,在40kV/cm电场强度下,椭圆形内嵌共场杀菌处理室所接种梨汁中的大肠杆菌菌体浓度下降6.5个数量级,优于其他结构的共场杀菌处理室;椭圆形内嵌共场杀菌处理室处理的接种大肠杆菌梨汁的温升仅为6.7℃,小于其他结构的共场杀菌处理室。因此椭圆形内嵌共场杀菌处理室优秀的耦合场特性更适用于性能要求更高的中试规模及工业化PEF杀菌系统。     

耦合法用于柴油机冷却系统传热的研究

在研究柴油机冷却系统的流动和传热问题时,边界条件的确定往往成为难点。该文将某六缸柴油机活塞-缸套-冷却液-机体组成一个固流耦合传热系统进行整体传热仿真计算,解决了单独研究固体部件和流体传热时无法确定其边界条件的问题;通过缸套内壁轴向一些试验测点温度的计算值与实测值对比,研究了网格对模拟计算精度的影响;在结合了计算资源与计算精度的条件下,仿真计算得到冷却系统温度场分布、流场分布、压力损失等信息,这些信息对柴油机的设计具有指导意义。     

能量密度对低温等离子体辅助催化转化柴油机颗粒物和NOx的影响

为了研究低温等离子体辅助催化后处理技术对柴油机有害排放物的作用效果,基于介质阻挡放电理论设计了低温等离子体（NTP）发生器,研究了NTP发生器工作电压随能量密度的变化关系。以涂覆γ-Al2O3的蜂窝状陶瓷为载体,采用柠檬酸凝胶法制备了LaMnO3催化剂,建立了NTP辅助LaMnO3催化试验系统。在台架试验基础上,研究了能量密度变化对NTP辅助LaMnO3催化技术转化（颗粒物）PM和NOx的影响规律。试验结果表明：在相同频率作用下,NTP发生器的能量密度随着工作电压的升高而增加;与原机相比,NTP辅助LaMnO3催化技术作用后NO浓度显著降低,NO2浓度显著增加,NOx浓度降低;随着能量密度的增加,碳烟转化效果越明显,碳烟的不透光烟度最高降低约83%。结果表明NTP辅助LaMnO3催化技术可有效转化PM和NOx,在柴油机排气后处理领域有着广泛的研究前景。     

低排放轻型车用柴油机结构及燃烧系统的优化

在现有4F20机械式燃油系统柴油机基础上,从机械系统和燃烧系统优化匹配、后处理系统选型等方面入手,进行了满足国Ⅳ排放标准的经济型轻型车用柴油机开发。机械系统设计中,对机体和缸盖的加强筋和冷却水套进行合理布置,有效提高整机刚度和缸套冷却效果,减少变形,并设计了结构紧凑、传动可靠且运转平稳的新型齿轮传动系统。燃烧系统升级优化方面,由直列泵式机械燃油供给系统升级为高压共轨电控燃油喷射系统,重新设计燃烧室形状的同时将压缩比从19.7降低为17.5,并优化燃油油束在燃烧室内的分布。通过燃油喷射、增压与废气再循环参数的协同标定改善了柴油机燃油经济性和排放性能。选用容积占有率为25%和75%的2级氧化催化转化器,对一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、可溶性有机成分(soluble organic fractions,SOF)和颗粒(particulatematter,PM)的净化效率分别达90%、85%、90%和20%。柴油机配套NHQ6492V3型SUV后整车排放测试结果显示:CO、NOx、总碳氢(THC)+NOx和PM排放分别为0.36、0.259、0.328和0.029g/km,距国Ⅳ排放限值有20%以上的裕度,综合油耗为7.217L/(100km),满足2015年即将实施的中国乘用车燃料消耗第3阶段法规限值。     

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。