Calculation and simulation of air mass flow forturbocharged diesel engines

在进行增压器与柴油机匹配及柴油机系统动态仿真时,需要准确计算柴油机进气流量。为确定最佳的进气流量计算模型,对进气流量平均值模型进行比较分析,综合考虑增压中冷、废气再循环率、充量系数及工况变化的影响并建立相应的修正模型,利用Matlab/Simulink对所有模型进行了仿真验证。仿真和试验结果表明：修正后的进气流量模型计算结果与试验数据相吻合,最优模型的平均相对误差为2.96%,模型设计合理准确。研究结果可为准确计算涡轮增压柴油机进气流量及其模型的选择提供指导和依据。     

小型农用柴油机进气系的惯性增压研究

在作者８０年代对农用１９５单缸柴油机惯性增压研究的基础上,对双缸柴油机进气系工作过程进行了暂态分析,指出了原设计在工作中导致进气效率损失的参数缺陷,提出了基于惯性增压的新进气系参数设计准则,并在２１００Ｂ１柴油机对比试验中获得额定转速下增加输出功率１３％的效果。     

提高涡轮流量计对水泵流量测量精度的研究

根据涡轮流量计的工作原理和误差理论的分析与合成原则，从理论和实际应用上，分析了产生误差的原因和误差量级，阐述了提高涡轮流量计测量水泵流量精度的方法。     

车用涡轮增压柴油机加速工况瞬态特性仿真

为研究车用涡轮增压柴油机加速工况的瞬态响应及氮氧化物(NO)排放特性,基于充-排法建立柴油机及其附件系统工作过程模型,初次考虑瞬发NO机理对瞬态工况下NO排放的影响,根据曲轴转矩平衡方程推导发动机瞬时角加速度与车辆状态参数的关系,在Matlab/Simulink环境下集成柴油机系统加速瞬态过程仿真模型。仿真和验证结果表明:柴油机稳态及加速瞬态工况仿真结果均与实际情况相符,模型设计合理准确;稳态工况下瞬发NO机理对总NO排放的贡献为5.26%~11.36%;瞬态工况下,涡轮迟滞时间约为0.14 s,柴油机加速开始阶段油气混合不匀导致燃烧品质下降,热NO及瞬发NO生成均明显增加。研究结果可为发动机瞬态性能及NO排放的预测与分析提供参考。     

基于参变量扫值的非道路用柴油机增压匹配

为了解决传统增压匹配方法不能保证所选涡轮增压器与柴油机最佳匹配的问题,以及内燃机是高度的非线性系统,难以使用具体的数学公式来表示某一参数与其他参数之间的相互关系,基于一款非道路用柴油机的设计开发需求,提出了利用参变量扫值进行增压匹配的方法,以GT-Power软件为载体建立相应的增压柴油机模型,通过对不同大小的压气机和涡轮进行参变量扫值计算,在满足柴油机设计指标与耐久性约束的条件下,综合选取了与柴油机匹配良好的涡轮增压器。为了折中增压之后表征机械负荷的最高气缸压力与表征热负荷的排气歧管温度,又通过模拟分析确定了合理的增压压力和燃烧始点。台架试验结果表明:选定的涡轮增压器与柴油机匹配良好,各项性能参数与排放指标均达到了设计要求,合理匹配增压压力和燃烧始点可有效平衡最高气缸压力与排气歧管温度之间的矛盾。参变量扫值方法代替了实际增压匹配的复杂调整过程,并为实际的标定工作提供了一定的借鉴指导。     

可变喷嘴涡轮增压及废气再循环系统改善柴油机排放性能

针对一台废气旁通阀式（wastegate,WG）增压柴油机,提出可变喷嘴涡轮增压器（variable nozzle turbine,VNT）+文丘里管废气再循环系统（venturi exhaust gas recirculation,vEGR）的 VNT-vEGR 系统设计,并进行匹配优化。搭建了发动机台架试验系统,在保证原机经济性与颗粒物（particulate matter,PM）排放性能基本不变的前提下,对氮氧化物（NOx）排放进行重点优化。研究结果表明：优化后的 VNT+vEGR 柴油机的欧洲稳态测试循环（European steady state cycle,ESC）试验加权的有效燃油消耗率、NOx 排放和 PM 排放分别为229.4、3.53和0.055 g/(kW·h),相比于原 WG 柴油机的变化率分别为0.04%、?48.2%和14.6%,油耗和 PM 排放略有升高,而 NOx 排放大幅降低,且动力性整体提高约5%～10%。匹配新系统的柴油机能够满足现行的排放法规并具有满足未来排放法规的潜力。该研究为改善柴油机的排放性能提供了参考。     

进气成分对柴油机燃烧特性的影响

为了研究进气成分对柴油机着火和燃烧过程的影响,在一台视窗上置式柴油机可视化实验装置上,用高速摄像机记录了油门全开时不同进气成分下柴油机燃烧过程的火焰照片,应用三基色法计算了燃烧温度场,结合示功图和放热率曲线分析了不同进气成分对柴油机燃烧特性的影响。结果表明:当进气成分不同时,缸内着火时刻、燃烧持续期、最大爆发压力和最大放热率均发生相应改变;同时,进气成分的改变对缸内最高温度和平均温度的影响较大;另外,进气同时加入2%H2和10%CO2可以在氧体积分数减少的情况下改善燃烧,有利于降低柴油机有害排放物的生成。研究结果为实现柴油机高效、低污染燃烧提供一种新的方法。     

小型农用柴油机高原增压匹配与适应性研究

中国高原地区运行的农业机械数量众多,为保证在这些地区使用的农业机械具有良好的高原适应性,以一款小型农用柴油机为研究对象,在海拔2000m的地区,根据设计开发目标,通过理论计算选取了合适的压气机和涡轮,并进行了配机试验。基于试验数据,采用GT-Power软件建立了该小型农用增压柴油机的仿真模型,模拟研究了该柴油机关键性能参数随海拔(0、2 000、4 000 m)变化的规律。研究结果表明:选配的涡轮增压器使得该小型农用柴油机达到了高原地区2000m的性能开发目标;在3个海拔下,柴油机与压气机的联合运行线均运行在效率相对较高的区域,并且低速时具有较大的喘振裕度,在高速时离阻塞线也有一定的距离;与平原地区相比,在海拔2 000和4 000 m时,小型农用柴油机的最大转矩分别降低了2.59%和7.19%,与已有的文献结论相比,最大转矩的降幅减小;在高原地区有针对性地进行增压匹配,能够保证柴油机良好的高原运行性能,并有利于提高柴油机的高原适应性。     

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     

用曲轴箱增压改善单缸四冲程柴油机性能研究

针对单缸四冲程柴油机保有量大，应用范围广，而又普遍存在油耗、排污相对偏高的问题，结合单缸四冲程柴油机工作原理及结构特点，在X195柴油机空气滤清器、进气管和曲轴箱之间增设一个带单向阀片的节能增压装置，利用曲轴箱内容积的变化(靠活塞的工作反面泵气)，把进入空气滤清器的清洁气体和从气缸内漏入曲轴箱内的气体一齐压入气缸，使发动机的充气效率得到提高，漏入曲轴箱内的可燃气体再次利用，从而达到降低油耗，减少排放污染的目的。增设的节能增压装置安装方便、结构简单、工作可靠、制造成本低、不需要单独设置驱动机构。X195柴油机安装节能增压装置前、后的性能对比试验，在云南金马柴油机总厂发动机试验室按照国标、部标的规定进行。实验证明，在不消耗原机功率，不改变原机任何结构的前提下，安装节能增压装置的发动机提高了功率，降低了油耗，减少了排放污染，该节能增压装置对改善单缸四冲程柴油机的性能是行之有效的。     

过量空气系数对柴油/甲醇RCCI发动机非常规排放特性的影响

为探究柴油/甲醇反应活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)发动机非常规排放特性及影响机理,该研究对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了柴油/甲醇双燃料RCCI发动机专用试验台架,系统研究了不同甲醇替代率、过量空气系数对发动机非常规排放物的影响规...     

空气与水顺流直接接触热质交换过程模型计算及分析

为了获得方便计算空气与水顺流直接接触热质交换过程的公式和方法,为蒸发冷却设备的设计和实验分析提供了理论指导和新方法,该文基于模型假设和对空气与水顺流直接接触热质交换过程的能量分析,推导出了揭示空气与水顺流进行热质交换时,空气与水的状态参数与过程的无因次量-传质单元数NTU_m、传热单数元数NTU_h和水气比β之间内在规律的通用方程组,并给出了利用MATLAB软件求解方程组的计算方法。应用到绝热等焓过程,理论结果与前人的理论推导结论相同。对一冷却减湿过程进行计算和分析表明,在空气与水进口状态参数一定的情况下,过程的NTU_m、NTU_h、β之间存在相互联系的内在关系;顺流时,进口条件一定,β有一最小值;当β一定时,NTU_m增加到一定值后,对热质交换过程已基本没有影响;当NTU_m一定时,有一最佳β值,此时空气温降最大。     

柴油机瞬态VNT开度优化研究

瞬态工况下,可变喷嘴涡轮增压器(Variable Nozzle Turbocharger,VNT)开度的调节对柴油机增压压力、扭矩响应及污染物排放具有较大影响.为优化瞬态工况下VNT开度,实现瞬态工况下柴油机与VNT的协调控制,该研究以配备VNT的高压共轨柴油机为对象,通过台架试验研究了不同转速下负荷1、3和5 s从0...     

非道路用重型柴油机燃烧过程优化

为了降低非道路用重型柴油机的有害物排放,该文对柴油机的燃烧室结构、喷油策略进行优化。以一台CHD234V8型高压共轨直喷式柴油机为样机,对整机优化前后燃烧过程进行分析。试验结果表明,柴油机缸内油气混合得到改善,缸内最大爆发压力降低,有害物排放量减少;与优化前相比,标定工况和最大扭矩工况的燃油消耗率分别下降2.5%和6.2%,不透光烟度分别降低71.4%和67.9%;整机CO、(HC+NO_x)、颗粒(PM)分别减少了33.9%、11.8%和73%,满足非道路车辆的国三排放限值要求。该研究可为非道路用重型柴油机的排放控制提供参考。     

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。     

农用柴油机的DPF再生条件与排放性能智能多目标优化

为提升农用柴油机的DPF再生性能、排放和燃油经济性,提出了基于增强循环训练的智能多目标优化方法。通过BP神经网络构建了DPF再生条件预测模型,并提出AMSO算法提高预测精度。基于NSGA-III对多个控制参数进行优化,并通过稳态和WHTC瞬态循环试验验证。结果表明：在稳态试验验证中,优化后DPF入口和出口温度平均增加了6.10%和2.90%,O₂浓度增加了18.86%,同时,NO_x、烟度和BSFC的平均降低分别为10.72%、11.48%和0.24%,确保了DPF的高效安全再生。在瞬态测试验证中,DOC入口温度、DPF入口温度和O₂浓度明显改善,分别增加了31.00%、2.60%和0.50%,同时,NO_x和烟度排放分别降低了10.40%和0.80%,燃油消耗减少了3.5%。证明了提出的优化方法解决了农用柴油机DPF再生与排放优化问题,为柴油机再生模式下控制参数优化提供指导。     

针盘式粉碎机圆柱齿钉二维绕流数值模拟

为了分析针盘式粉碎机静圆柱齿钉的气动力学特性,利用计算流体力学(diesel engine emission experiments,CFD)方法,对粉碎机中二维单圆柱齿钉的绕流问题进行研究。在进行计算之前,采用均匀来流中的圆柱绕流问题对计算模型进行验证,并且对数值计算中的网格和时间步长独立性均进行了算例考核。结果表明:在雷诺数小于200的范围内,流动出现3种不同的流态;在稳定分离区中圆柱齿钉上的附着涡最大长度约等于齿钉直径,且附着涡随雷诺数增加出现了消亡的现象;在不稳定泄涡区流动只在较小的雷诺下呈现出周期性,圆柱齿钉上受到流体周期性的升力和阻力均很小,在较大雷诺数下,流动的无量纲频率增加,且不再由单个频率主导,出现了一个频带;在不稳定泄涡区的无量纲频率比均匀来流中的圆柱绕流情况小一个数量级。该文为研究粉碎机圆柱齿钉在高雷诺数下的受力情况提供了参考。     

基于Modelica语言建模的柴油机稳动态性能仿真与试验

针对传统柴油机建模效率不高、所建模型抽象不易理解、软件平台开放程度差、模型通用性低的问题,采用多领域统一物理建模规范Modelica语言和面向对象的建模思想建立了柴油机的仿真模型。以上柴D4114B型发电用柴油机为例,在解决上述问题的同时模拟了负荷特性下柴油机的稳态过程,最高压力、排温等稳态数据点的实测值与仿真值的最大相对误差为8.9%,证明了所建立的柴油机模型具有较好的稳态性能。在此基础上进行了动态仿真,模拟了转速、单缸循环油量等参数的动态变化规律,并将部分参数的仿真值与实测值进行比较,两者吻合得比较好,证明了所建立的柴油机模型能较好地预测其动态性能,可为后续的基于Modelica语言的柴油机建模提供参考。