车用柴油机放热规律与燃烧噪声的关系

对1台车用高速高压共轨柴油机进行了不同负荷、不同转速以及不同喷射参数工况下的缸内压力测试,通过分析燃烧放热规律对气缸压力变化的影响,对燃烧放热规律与燃烧噪声的关系进行了研究。研究结果表明:燃烧噪声不仅与最高气缸压力和最大压力升高率有关,还与各自相位的间隔有关;负荷对发动机燃烧噪声的影响较大,转速对燃烧噪声的影响主要体现在频率范围变化;通过改变喷射参数可以改变柴油机的燃烧噪声水平。     

非圆喷嘴喷孔对重型柴油机燃烧和排放形成的影响

非圆喷孔被认为对降低柴油机烟度排放有潜力，这是由于燃油与空气之间暴露的表面积较大，更多的空气被吸入油束之缘故。这种想法是基于气体喷注的研究结果，与圆形喷注相比，椭圆形喷注吸入的空气显著增加。在一台2L单缸重型柴油机上对非圆喷嘴喷孔进行了试验，并与标准圆形喷嘴喷孔进行了比较。非圆喷孔的高宽比接近于2：1和4：1，其流量与传统的圆形喷孔相似。长轴与喷油器中心线的倾角采用两种不同的角度。发动机以恒定转速在高负荷和低负荷工况下进行了试验，并重复试验若干次。测量了排放、燃油耗和气缸压力，并与计算的放热率曲线一起提供。试验结果表明，非圆喷嘴喷孔有延长燃烧的倾向，且高宽比越大，则该倾向就越强烈。高宽比2：1的非圆喷孔与标准圆形喷孔相比，在排放和燃油耗方面的差异不大。在高宽比2c1的喷孔放热率曲线中可看出，延迟燃烧多半是由油束与壁面的干涉造成的。可以得出结论，如同那些采用高宽比2：1的喷孔那样，孔的形状对试验工况下柴油机燃烧的影响较小。高宽比4：1的喷孔更加延迟燃烧，被认为是油束与壁面的干涉造成的，但其排放和燃油耗的折衷曲线与那些非标准圆形喷嘴喷孔的相似。     

用高速摄影与纹影摄影法观察直喷式柴油机中的燃烧过程

本文对一台直喷式柴油机燃烧过程的直接与纹影照像进行了研究。并用两者的对比和缸内压力测量来对混合特性、着火与燃烧过程做了分析,还对各种缸内空气运动所导致的不同燃烧特性也进行了观察。看来,喷射在燃烧室壁上的燃油雾注模型与缸内空气运动相配合似乎对混合过程具有影响。观察了燃油雾注的发展过程,并同某些理论计算做了比较。对在预混合与扩散燃烧期间,紊流对燃烧的作用有了认识,尤其是涡流对扩散燃烧期的影响也得到了进一步的证实。     

双对置二冲程柴油机高原环境燃烧过程的模拟研究

为研究高原环境对对置活塞对置气缸(OPOC)二冲程柴油机性能的影响,采用三维数值仿真的方法对不同海拔条件下OPOC二冲程柴油机燃烧过程进行研究。通过混合气特征参数定量分析高原环境对OPOC二冲程柴油机缸内油气混合过程的影响。通过对燃烧特征参数的分析,研究高原环境对OPOC二冲程柴油机燃烧过程的影响以及对OPOC二冲程柴油机性能的影响。结果表明:高原环境下,OPOC二冲程柴油机缸内平均压力下降,平均温度升高,燃烧过程恶化,燃油消耗率增加,Soot排放显著增加,而NO_x排放下降不明显。     

柴油机喷油器故障现象及排除方法

柴油机喷油器的作用是将柴油喷射成较细的雾化颗粒，并把它们分布在燃烧室中，以与空气形成良好的可燃混合气。因此，喷油器必须按照混合气形成与燃烧的要求，喷射柴油时具有一定的喷射压力、角度和喷射距离，以及合适的喷注锥角和使燃油颗粒具有适当的雾化程度等，并且在喷油终了时应迅速停油，不能有渗漏现象。     

柴油机缸内两相流卷吸效应对燃烧模式的影响

预混合燃烧和扩散燃烧是柴油机的基本燃烧模式，本文选取高压共轨直喷柴油机两种典型燃烧室：缩口型燃烧室和扩口型燃烧室，通过仿真计算研究在不同背景气流环境下基于卷吸效应的混合气形成机理。结果发现：喷射初期油束贯穿背景气流时，油束表面小尺度涡流引起的卷吸效应是形成预混合气的主要原因；对一定的喷射条件不同背景气流直接影响卷吸效应；缩口型燃烧室喷射初期卷吸作用强，预混合速率较快，且大部分燃料在燃烧室内部强滚流的作用下快速扩散燃烧，所以属于预混合扩散燃烧(PDC)模式，虽预混合燃烧占比小，但高温区宽；扩口型燃烧室虽喷射初期卷吸效应相对较弱，预混合燃烧速率较低，但油束冲击壁面凸台后形成二次预混合过程，使预混合气形成持续期延长，预混合燃烧占比大，形成双预混合扩散燃烧(DPDC)模式，通过这种DPDC燃烧模式可减小高温区域面积，由此有效抑制NO_x的生成。     

低压缩比高增压柴油机起动和怠速性能的改善

在保持发动机现有结构不变的情况下,由于受到现有机械负荷和热负荷的限制,发动机的功率难以继续提高。但在降低压缩比的情况下,却能在不提高机械负荷和热负荷的条件下提高功率,不过这将使起动和怠速性能恶化,因此需要采取辅助措施来改善这些工况。下面介绍西德MTU公司为此而研制成功的一种方法,这种方法就是在起动和怠速时仃止向柴油机半数气缸供油的气缸断油法和以断油气缸的压缩空气向另半数燃烧作功的气缸内补充充气的补充充气法。     

乙醇-柴油-汽油混合燃料的燃烧与排放特性

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料,对比分析了单缸四气门135柴油机燃用不同配比混合燃料时的燃烧与排放特性,同时研究了燃用混合燃料时供油提前角变化和使用HL伞喷油嘴对柴油机性能的影响.结果表明:柴油机燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料,动力性、经济性基本保持不变,碳烟和NO2排放显著降低;着火滞燃期延长,缸内平均温度下降,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短;当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时,着火滞燃期进一步延长,油气混合速率和混合气均匀度明显提高,在整个工况范围内,气缸压力和缸内平均温度均较低,碳烟和NO2排放同时降低,其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征.     

有涡流柴油机的油气混合计算

在早期的柴油机燃烧放热率计算中,把气缸内空间作为具有均匀油气混合物的单一区域对待,即所谓“单区模型”,其主要不足之处在于不能对气缸内状况作出具体描述,例如高负荷时气缸内存在局部缺氧的燃烧放热情况得不到反映。因此,格里格(Grigg)和怀特豪斯(Whitehouse)等人提出了“两区模型”。后者在中速无涡流机型上进行了研究,后来又考虑到涡流空气的影响,进行了试验和计算的对比分析,于1975年发表了有关论文。     

面向闭环控制的柴油机在线燃烧模型研究

通过柴油机ECU信号和柴油机燃烧输出数据,在Scilab上利用局部线性模型树(LOLIMOT)分析其进气系统物理模型及燃烧放热规律。将转速、扭矩、油耗、进气流量、进气压力、排气温度和排气压力作为输入层,缸内燃烧最大压力、缸内燃烧最高温度、燃烧始点和燃烧终点为输出参数,建立某高压共轨中冷柴油机在线燃烧控制模型。结果表明,当输入参数选为转速、扭矩、油耗时,测试燃烧输出结果与试验值最吻合,相关系数均达到0.95以上,平均误差在10%以内。     

柴油HCCI燃烧负荷边界判定依据研究

通过对HCCI燃烧负荷边界燃烧变化规律及判定依据的研究,基于单缸HCCI柴油机实测气缸压力,探讨了HCCI燃烧负荷边界处的燃烧变化规律,着重分析负荷、转速对气缸压力、燃烧放热率、循环变动率和最大压升率的影响,通过对负荷上限和下限敏感的最大压力升高率和循环变动率等参数的变化研究,确定负荷边界判定依据。     

不使用气缸垫的柴油机

<正> Volvo Penta公司开发了不需要气缸垫的柴油机。这种柴油机在气缸盖的密封处安装简单的O型环,各气缸在上部安装2个,下部安装3个密封圈。在各气缸上部端面上,用机械加工制成的火焰屏障起到防止闪烁燃烧,保护密封结构的作用。由于采用这种气缸盖结构,还可以提高发动机的平均有效压力,能提高功率和效率。而且在控制噪音方面也能得到进一步改善,还具有容易维修保养的特点。     

柴油机燃用醇醚-柴油混合燃料的燃烧特性与排放的试验研究

在增压中冷4100柴油机上进行了D40(含40%质量分数二甲醚的二甲醚柴油混合燃料)、M15(含15%体积分数甲醇的甲醇柴油混合燃料)和柴油3种燃料燃烧特性与污染物排放的试验研究。结果表明,D40发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均低于柴油机,燃烧持续期与柴油机相当;M15发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均高于柴油机,燃烧持续期较短;D40发动机的NOx排放和烟度均明显低于柴油机,可较好地解决NOx和碳烟排放之间此消彼长的问题;M15发动机可以降低碳烟排放,但NOx的排放明显上升。两种混合燃料发动机的HC排放在全转速范围均高于柴油机,而CO排放在低转速时低于柴油机,高转速时高于柴油机。     

针对氢燃料发动机爆燃过程的数值模拟研究

发动机爆燃这一异常燃烧现象不仅阻碍了发动机压缩比的提高,还限制了可降低有害物质排放的新型燃烧方式应用。采用数值模拟方法,以活塞运动到上止点时的气缸作为二维计算区域,模拟了不同压力、温度初始条件下的氢气与空气混合物爆燃燃烧过程。探究了末端气体自燃及正常燃烧火焰前锋、自燃火焰前锋、压力波和温度之间的相互作用。结果表明,自燃的发生最初是由压力波 在气缸内来回振荡,使得气缸内压力和温度升高造成的。在正常燃烧火焰前锋的挤压作用下,火焰前锋附近发生了自燃。自燃发生后由于正常燃烧的火焰前锋压缩使高压范围更小,压力更大。自燃并不是发生在近壁面处的,而是发生在正常燃烧的火焰前锋附近。已燃区域在靠近自燃区域的部分,压力和温度都有小幅升高。当自燃火焰前锋与正常燃烧火焰前锋运动方向完全相反时,它们之间发生强烈的相互作用,导致自燃火焰前锋的动力速度大幅降低。此外,研究发现计算区域的维数对基元反应之间的竞争是有影响的。     

新型复合含氧添加剂对柴油机燃烧特性的影响

分析了自行研制的新型复合含氧添加剂(记为FHYJ)的理化特性,在车用BJ493Q柴油机上进行了燃用FHYJ掺烧比例为9%的FHYJ—柴油混合燃料的试验,测量了缸内压力、压力升高率和放热率。比较和分析了燃用柴油和FHYJ—柴油混合燃料的燃烧特性,探讨了添加剂和混合燃料对柴油机滞燃期、预混合燃烧期、扩散燃烧期以及燃烧持续期等参数的影响。结果表明,在柴油机不作任何改动的前提下,掺烧FHYJ清洁燃料复合含氧添加剂,缸内压力、压力升高率和放热率在低负荷下均与原机基本相当,在中、高负荷有所下降,滞燃期、预混燃烧期均较原机延长,扩散燃烧期和燃烧持续期均较原机缩短,且其变化程度均随负荷的增大而增大。     

直喷式柴油机内火焰温度的测量和燃烧过程的热力分析

用分析空气进入火焰区的速率与燃烧速率之间的关系来研究直喷式柴油机中扩散燃烧过程的机理,以火焰温度和气缸气体压力的测量值对空气进入率和燃烧率进行热力计算。为了用双色法确定火焰温度,藉在三个可见光波长上同时测量火焰亮度来估算柴油机火焰的辐射强度,建立了排气烟度与火焰区过量空气系数的联系。     

乙醚在柴油机上的应用研究

乙醚在柴油机上应用有两种方式,第一是作为柴油机冷起动液,用于改善柴油机低温冷起动性能;第二是以低体积比例掺混到柴油中形成混合燃料,通过乙醚的高含氧量改善柴油机燃烧过程,降低污染物排放量。文中对乙醚在柴油机上的应用进行研究,结果表明,乙醚作为冷起动液组分,存在起动后工作粗暴、磨损加剧、安全性等问题。柴油机燃用乙醚掺混燃料,随着乙醚添加量的增加,柴油机峰值燃烧压力、峰值压力升高率、峰值燃烧放热率明显增加,燃烧放热更加集中;柴油机动力性基本不变,燃油经济性提高;碳烟排放大幅度降低,NOx排放略有增加。     

燃烧过程对轻型车用柴油机怠速噪声的影响

发动机噪声是车辆怠速噪声的主要来源。为研究某轻型卡车怠速开空调时车内噪声增大的问题，进行了发动机台架试验，试验对象为一台4缸、四冲程、涡轮增压中冷、电控高压共轨柴油机。试验测量了柴油机的气缸压力、声功率及近场噪声，通过比较声功率级，分析了柴油机在不同工况下的噪声变化。基于气缸压力计算了放热率、压力升高率等燃烧特性参数，基于近场噪声信号计算了近场噪声频谱，进一步研究了燃烧特性参数变化对不同频率近场噪声的影响。结果表明：冷却液温度小幅度降低时喷射策略确定的喷油正时提前，导致气缸最高燃烧压力及预喷燃油燃烧引起的压力升高率峰值显著增大，怠速噪声增大；750 r/min时喷射策略确定的喷油正时较早，压力升高率较大，最高燃烧压力在更靠近上止点的位置出现且持续时间较长，燃烧过程较780 r/min与820 r/min时更为剧烈，这是该转速下噪声较高的主要原因。开空调时循环供油量增加，燃烧过程更加剧烈，产生更高的压力升高率及最高燃烧压力，也会导致怠速噪声增大。此外，频率在1 000 Hz左右噪声的变化对该柴油机整体噪声水平的影响最大。     

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。     

使柴油机低温顺利起动的技术措施

使柴油机顺利起动的主要条件是可燃混合气的良好形成和及时地发火燃烧。无论是前者还是后者，都需要进入气缸的空气在压缩行程接近终了时具有较高的压力和温度。空气压力越大，温度越高，喷入气缸的柴油越容易被蒸发气化，越容易迅速形成良好的可燃混合气。实验表明，柴油在常压下的自燃温度为335℃，但当气缸内的空气压力升至2-2．8MPa时，柴油的自燃温度将降至200-235℃。