燃烧模拟在国六柴油机燃烧系统开发中的应用

在某国六柴油机燃烧系统开发中,基于数值模拟指导燃烧室与喷油器优化匹配,3个燃烧室分别与4种喷油器匹配.燃烧模拟研究表明:随着油嘴凸高增大炭烟排放显著改善,指示燃油消耗率也降低,但不同工况的最佳油嘴凸高不同;流量为900 mL/min的喷油器综合性能优于流量为860 mL/min的喷油器;各燃烧室均有与之匹配较优的喷油器...     

双斜切燃烧室及其与油束夹角匹配对重型柴油机性能影响研究

利用CFD软件对柴油机的燃烧过程进行了三维仿真研究,探究了燃烧室形状以及其与喷油器油束夹角的匹配对柴油机燃烧性能的影响,在原机的基础上设计了一种双斜切燃烧室。试验结果表明,原机燃烧室和双斜切燃烧室匹配的最佳油束夹角分别为140°和145°,此时油束落点可以到达燃烧室拐角,使燃油向上和向下分流,组织良好的油气混合,缩短燃烧持续期,实现快速燃烧。对于匹配最佳油束夹角的两种燃烧室,双斜切燃烧室在柴油机经济性和动力性上以及碳烟排放方面都优于原机燃烧室,但在NOx排放上比原机燃烧室差。国Ⅵ柴油机燃烧开发试验表明,匹配最佳油束夹角的双斜切燃烧室的综合性能优于匹配最佳油束夹角的原机燃烧室。     

车用发动机新结构

<正> 1、热预混合油腹燃烧系统(中国专利90106022.4,发明人:胡国栋)本燃烧系统是在导流环(中国专利88100693.9)的基础上,采用超多孔喷油器或伞喷喷油器(中国专利CN89213613.3)共同匹配组成的燃烧系统。它由燃烧室5、喷油器3、导流环4组成(图1)。     

增压直喷汽油机喷雾及燃烧特性可视化试验研究

基于可视化光学增压直喷单缸机,对两种形式喷油器匹配两种活塞顶面燃烧室的组合,在两个典型工况下试验研究了喷油相位、喷油次数等参数对发动机喷油雾化、燃烧特性、碳烟排放等方面的影响规律。研究结果表明:在催化器起燃工况,各喷油器和活塞顶面组合均可满足燃烧和碳烟排放等开发目标要求,I-129三角型六孔喷油器缸内混合气分布形态更优;在全油门工况,采用优化喷油时刻的三次喷射策略可有效避免燃烧关键区域的燃油湿壁风险,I-129喷油器匹配P-B平面活塞为最佳硬件组合。     

某重型车用V8柴油机燃烧系统优化设计

针对某重型车用V8柴油机的燃烧室廓形和喷油器凸出高度进行了设计.优化设计方案由5个燃烧室廓形和5个喷油器凸出高度组成,选择了ESC稳态排放循环中的A100,C100,A25工况以及最大功率工况作为优化设计的工况点,利用AVL-Fire软件在这4个典型工况点上对各设计方案的缸内燃烧过程进行了模拟计算,采用了一个综合目标评价函数来评判不同方案对循环功、NOx和Soot的综合影响,从100个算例的计算结果中筛选出最优的燃烧室廓形和喷油器凸出高度.和原机相比,优化的燃烧系统在高负荷工况可使油耗下降1.4%,Soot排放降低14%~30%.     

燃烧室形状对天然气发动机燃烧影响的研究

采用试验及三维数值模拟的方法,研究了圆柱、缩口和敞口等燃烧室形状对CA6SE1—21N天然气发动机燃烧性能的影响规律。验证结果表明:天然气发动机混合气形成及燃烧过程的数值模拟结果和试验结果吻合较好,所选模型适合对天然气发动机进行模拟分析。试验和模拟结果均表明燃烧室形状对火焰传播速度影响较大。在3种燃烧室形状中,缩口燃烧室所对应发动机的燃烧及排放性能最好,圆柱形燃烧室次之,而敞口形燃烧室最差。缩口燃烧室的缩口设计使得该处形成较强的挤流,湍流动能增加且维持期较长,火焰传播速度明显提高,改善了发动机的燃烧及排放性能。     

重型柴油机缩口燃烧室内流动及其排放特性

利用由AVL公司提供的FIRE软件对重型车用柴油机缩口直喷式燃烧室内的气体流动特性进行数值模拟计算分析。在此基础上,对不同缩口直径的燃烧室进行喷射系统参数的优化匹配试验研究。结果表明,采用缩口直喷式燃烧室结构,可有效地组织燃烧室内的气流运动,并通过与喷射系统参数的优化匹配,在动力性和经济性基本保持不变的条件下,有效地改善柴油机的排放特性。     

喷油器参数对柴油机燃烧特性影响的数值模拟

应用三维CFD模拟软件FIRE,对1台135柴油机的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟。通过缸内流场分析和浓度分析,研究了喷孔数、喷孔锥角对燃烧过程的影响及对NOx和炭烟生成的影响。结果表明,喷孔数和喷孔锥角影响燃油的喷雾质量和油气混合质量,进而影响燃烧过程和排放物的生成;CFD模拟计算对优化喷油器参数,从而改进燃烧系统具有指导意义。     

电控单体泵燃烧系统匹配试验研究

对新132发动机燃烧系统进行了匹配试验,阐述了供油系统改进、喷孔参数匹配、燃烧室优化的整个过程,确定了新燃烧系统合理的供油参数、喷孔方案和燃烧室方案,并对比分析了燃烧系统改进前后燃烧放热过程的差异,最终实现了原机功率提升45%的性能指标。     

双层分流燃烧室与喷射参数匹配的试验研究

为进一步改善采用双层分流燃烧室的直喷式柴油机的燃烧性能,在单缸柴油机台架上对不同喷油压力、喷油提前角和喷嘴伸出长度等喷射参数与双层分流燃烧室的匹配进行了试验研究。结果表明,通过喷射参数与双层分流燃烧室的合理匹配可有效地改善柴油机的燃油经济性和排放性能。     

Effects of diesel fuel characteristics on spray and combustion in a diesel engine

Fuel properties play a dominant role in the spray, mixture formation and combustion process, and are a key to emission control and efficiency optimization. This paper deals with the influence of the fuel properties on the spray and combustion characteristics in a high-pressure and temperature chamber. Light diesel fuel spray and combustion images were taken by using a high-speed video camera and analyzed by their penetration and evaporation characteristics in comparison with current diesel fuel. Then, a single-cylinder DI engine was used to investigate combustion and exhaust characteristics. The mixture formation of the light diesel fuel is faster than that of the current fuel depending on physical properties like boiling point, density, viscosity and surface tension. Engine test results show that smoke is reduced without an increase in other emissions.     

高强化柴油机双卷流燃烧系统喷油参数匹配试验研究

针对采用双卷流燃烧系统的单缸柴油机进行了强化燃烧试验研究,研究内容包括不同喷雾锥角燃烧特性试验和相同负荷下不同转速的燃烧特性试验。研究发现,柴油机喷雾锥角的合理设计对燃烧特性具有重要影响,提高转速是提高柴油机强化程度的有效途径,但是转速提高会带来排温升高及燃油经济性恶化等问题。通过调节喷油定时可以在提高发动机转速时使排温及燃油经济性的问题在一定程度上得以改善。采用双卷流燃烧系统并配以合适的喷油参数(喷雾锥角、喷油定时)可以达到提高柴油机强化程度的目的。     

Study of diesel spray combustion and ignition using high-pressure fuel injection and a micro-hole nozzle with a rapid compression machine: improvement of combustion using low cetane number fuel

This study aimed to reduce NO_x and soot by creating a more homogeneous lean fuel distribution in a diesel spray using high-pressure fuel injection and a micro-hole nozzle. This injection system shortened the ignition delay, but a homogeneous lean fuel distribution in the diesel spray was not achieved. Using a lower cetane number fuel, the resulting longer ignition delay made a uniform, lean fuel distribution in the diesel spray possible with this injection system. Ignition and combustion were analyzed by the combustion chamber pressure history, and flame temperatures and KL values were analyzed by the two-color method.     

柴油超临界喷雾大涡数值模拟研究

随着现代内燃机燃烧室内温度和压力的不断提升,液体燃料往往处于超临界状态,与亚临界状态相比,其喷雾射流行为特征发生了很大的变化。本研究采用大涡数值模拟方法对超临界环境下的单组分和多组分柴油表征燃料喷雾射流进行数值计算,对比了不同气体状态方程预测柴油表征燃料超临界射流行为的差异性,发现PR气体状态方程对正庚烷质量分数分布的模拟结果与实验值更接近,相较于其他状态方程表现更好;另外还发现本研究采用的多组分柴油表征燃料(正庚烷质量分数80%、甲苯质量分数10%、环己烷质量分数10%)可较好地反映超临界环境下真实柴油喷雾射流特征。     

Phenomenological two-phase multi-zone combustion model for direct-injection diesel engines

This paper proposed a quasi-dimensional combustion model from a new observed two-phase penetration and combustion phenomenon in diesel spray. In the model, fuel spray was divided into two of liquid and gas phase areas. Considering the phenomenon that separation of gas and liquid phase in diesel spray occurs during spray penetration, gas and liquid area of spray are discretized respectively. Liquid phase areas play important role in fuel mass transport, however gas phase areas are the main region for fuel combustion in the model. Fuel and air mixing rate of gas phase zone is the key for the calculation of combustion rate. Validation experiments are designed by using optimal Latin hypercube design method. Comparison of calculations and experiments show that the model is able to predict diesel engine performance at different engine speeds, loads, and injection pressure and timing, and provides guidance for the design of engines.     

高压共轨柴油机燃烧与排放模型的研究

利用高速闪光摄影技术,对高压喷射喷雾体空间发展规律进行了试验分析,提出了一个计算高压喷射喷雾体发展的数学公式;在正确描述高压燃油喷雾的基础上,建立了一个能预测高压共轨柴油机性能和排放的准维燃烧模型,此模型改进了燃油喷射模型及碳烟的生成与氧化模型,考虑到燃烧区的区间传热和缸内工质的对流辐射传热,对一台高压共轨柴油机进行了仿真计算。计算与试验结果对比分析表明,改进后的燃烧与排放模型能较好地反映缸内各区的燃烧与排放情况。     

Effect of the number of fuel injector holes on characteristics of combustion and emissions in a diesel engine

The diesel combustion process is highly dependent on fuel injection parameters, and understanding fuel spray development is essential for proper control of the process. One of the critical factors for controlling the rate of mixing of fuel and air is the number of injector holes in a diesel engine. This study was intended to explore the behavior of the formation of spray mixtures, combustion, and emissions as a function of the number of injector hole changes; from this work, we propose an optimal number of holes for superior emissions and engine performance in diesel engine applications. The results show that increasing the number of holes significantly influences evaporation, atomization, and combustion. However, when the number of holes exceeds a certain threshold, there is an adverse effect on combustion and emissions due to a lack of the air entrainment required for the achievement of a stoichiometric mixture.     

车用柴油机加速工况时喷油与燃烧特性的研究

通过柴油机工作过程测量分析系统对一台直喷式车用柴油机加速时的喷油和燃烧过程进行了试验研究和计算,并计算了其加速过程中的总声压级;利用油滴蒸发准维燃烧模型对柴油机加速过程NOx 排放进行了模拟计算。研究结果表明,柴油机喷油和燃烧特性参数的综合效果对NOx排放值产生影响;柴油机加速时的燃烧噪声大于标定工况,加速工况时的NOx 排放浓度值变化较大,有时大于标定工况。     

发动机燃用水乳化柴油的研究进展

综述了柴油机燃用水乳化柴油的燃烧与喷雾特性、动力性与经济性及排放特性,对比分析了发动机燃用水乳化柴油与普通柴油在性能上的差异及其原因,总结了水乳化柴油在柴油机上的应用优化方法。结果表明:与柴油相比,乳化柴油着火滞燃期延迟,燃烧持续期缩短,喷雾贯穿距变长或相差不大,火焰升起高度增加;燃用乳化柴油时动力性下降,但有效热效率较柴油升高;乳化柴油可以明显降低NOx和炭烟排放,但多数工况下HC和CO排放有所升高,低转速和中低负荷工况下尤为明显;燃用乳化柴油时颗粒物数量浓度增加,体积浓度减小,且对于醛类和噪声排放并没有改善作用;添加合适添加剂或结合发动机技术协同作用,可以针对性地改善乳化柴油的燃烧过程,进一步起到节能减排的效果。基于燃料稳定性与燃料理化特性综合优化目标的燃料设计,以及适用于乳化柴油的高压共轨柴油机燃烧组织参数优化是未来的研究方向。     

燃油系统参数对分层燃烧甲醇发动机性能的影响

针对1130单缸柴油机研究了喷油嘴油线分布、喷油嘴孔数和喷油嘴针阀开启压力对分层燃烧甲醇发动机性能的影响。试验结果表明，燃油系统参数对分层燃烧甲醇发动机的性能有比较明显的影响。