高原环境柴油机准维燃烧模型参数优化研究

以准维油滴蒸发模型为基础,建立高原环境柴油机工作过程模型.采用正交试验设计获得燃烧模型关键参数输入样本,以发动机功率、涡前排气温度和最大爆发压力作为目标参数进行模拟.对模拟结果进行回归分析,得出高原环境发动机动力性、热负荷和机械负荷对燃烧模型各参数及其交互作用的灵敏度;基于回归数据建立响应面,并利用改进型非劣分层遗传算法(NSGA-Ⅱ)对燃烧模型参数进行全局寻优,确定高原环境柴油机燃烧模型参数.环境模拟台架试验结果表明:采用优化的燃烧模型计算柴油机外特性,目标参数计算值与试验值最大误差不超过5％.     

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。     

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。     

MWMTBD620柴油机加载过渡工况的性能研究

采用自行设计的过渡工况控制及测量系统,对MWMTBD620柴油机进行了加栽过渡工况下的空燃比、 消光烟度及示功图参数的测试。试验结果表明,随负荷增加率的上升,空燃比减小,燃烧恶化;燃烧始点后移,预混 燃烧比明显下降。上述原因导致了在加载过渡工况下,随负荷增加率的升高,柴油机的性能恶化,油耗增加,燃烧 噪声变大,排气烟度上升。     

2135G柴油机采用紊流型燃烧室的研究

针对国内柴油发电机组广泛使用的１３５系列柴油机普遍存在的燃油消耗率高，排放差的问题，开发了了种四角缩口ω紊流型燃烧室燃烧系统。在２１３５Ｇ型柴油机上的试验表明，在不改变原机进气系统的条件下，利用燃烧室的特殊结构在压缩行程后期可产生很强的挤流和紊流，加快了缸内混合气的形成和燃烧速度，缩短了扩散燃烧过程，使柴油机的燃油经，烟度及ＮＯＸ排放有了很大的改善。     

燃烧室缩口尺寸对柴油机燃烧过程的影响

基于某大功率农用柴油机,对燃烧室不同缩口尺寸下柴油机缸内燃烧和排放规律进行了仿真计算,结果发现:减小缩口尺寸可以增大缸内湍动能,有利于缸内燃气混合,促进缸内流动;减小缩口尺寸,缸内压力减小,但缸内最大压力变化不大;缸内温度则随缩口尺寸的不同而略有变化,在燃烧室结构中设置缩口可以在一定程度上改善燃烧过程,但缩口尺寸并非越大越好;对于不同缩口的燃烧室,发火时刻缸内速度场基本相同,上止点处速度场随着缩口直径的减小略有增强,当燃烧进入到缓燃期,对于缩口直径较小的燃烧室,燃烧速率迅速下降;随着缩口直径的减小,缸内NO_x最大生成量先增大后减小,而炭烟最大生成量先减小后增大;排气门打开时刻,NO_x排放先增大后减小,炭烟排放则呈锯齿形上升;热效率随缩口直径的减小先增大后减小。     

用有限元方法分析传动轴轴管几何参数对溃缩力的影响

首先用有限元方法模拟轴管的准静态溃缩过程,得到溃缩力随溃缩距离变化的曲线,并通过和试验结果的对比,验证了有限元分析方法的有效性。在此基础上,通过采用部分因子试验设计和田口(Taguchi)试验设计等正交试验设计方法,系统研究几何形状因素对轴管溃缩力的影响,为可溃缩型轴管的几何参数设计提供依据。     

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。     

柴油机燃烧生物柴油试验研究

研究了ZS195柴油机燃烧生物柴油时燃烧系统参数对柴油机经济性能的影响,通过试验确定了这些参数的最佳值。在这些参数范围内,ZS195柴油机标定转速功率可达到原机水平,燃烧效率可达到32%以上。     

燃烧室形状对直喷式柴油机燃烧过程影响的仿真研究

利用CFD模拟软件Fire模拟研究了柴油机不同径深比的缩口形燃烧室对缸内混合气形成、燃烧过程和排放物形成的影响。研究结果表明:三维仿真模拟缸内压力和放热率曲线与试验值基本一致;SF5型燃烧室喷雾贯穿距长,喷雾碰壁早,燃油蒸气反弹使得喷雾分布不均匀,局部出现缺氧,炭烟排放较高;SF5型燃烧室缸内混合气混合良好,燃烧完全,缸内温度较高,NOx生成量大,可以采取推迟喷油的方式降低缸内燃烧温度,从而降低NOx排放。     

超高压共轨柴油机油气室匹配仿真研究

介绍了超高压共轨系统工作原理,基于Fire软件分别建立了进气道和燃烧室的仿真模型,并在利用试验验证了模型准确性的基础上,通过模型分析了油、气、室参数间的匹配关系对超高压共轨柴油机性能的影响,为进一步改善柴油机的性能和实现油、气、室参数间的优化匹配提供了理论依据。结果表明:在超高压喷射条件下,同一喷孔直径匹配的涡流比越大(1.21~3.62范围内),越有利于改善柴油机性能,并且喷孔直径越大,改善的效果越明显,当3.62涡流比匹配0.30mm喷孔直径时,可获得最高的平均有效压力,并且此时具有最好的排放效果;同一喷孔直径匹配的燃烧室口径比越小,越有利于改善柴油机性能,并且喷孔直径越小,改善的效果越明显,当0.75燃烧室口径比匹配0.23mm喷孔直径时,可获得最佳的动力性和排放性。     

当量比对CNG发动机动力及排放性能的影响

为了研究缸内直喷稀燃CNG发动机在不同当量比条件下的动力及NO排放性能,利用AVL Fire建立了发动机仿真模型,通过样机试验确定了仿真初始参数和边界条件;通过软件仿真发现了气缸内微观三维物理场与缸内压力、燃烧放热率和NO生成量间的内在联系,总结出了CNG发动机中导致NO快速生成的因素,并给出了能够在保证发动机动力性提升的同时降低NO生成量的最优当量比范围。     

准均质充气压缩点火燃烧的模拟和试验研究

利用单区模型，结合详细化学反应动力学机理，模拟了DMM燃烧时的缸内压力和NO浓度及几种基团的浓度变化曲线；并将上述计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明该模拟能准确预测着火时间，并能合理预测缸内压力峰值和NO浓度变化趋势。利用该模型能指导优化发动机参数，更有效地组织发动机的燃烧过程。     

Low temperature premixed combustion within a small bore high speed direct injection (HSDI) optically accessible diesel engine using a retarded single injection

An optically accessible single-cylinder high speed direct-injection (HSDI) Diesel engine equipped with a Bosch common rail injection system was used to study low temperature Modulated Kinetics (MK) combustion with a retarded single main injection. High-speed liquid fuel Mie-scattering was employed to investigate the liquid distribution and evolution. By carefully setting up the optics, three-dimensional images of fuel spray were obtained from both the bottom of the piston and the side window. The NOx emissions were measured in the exhaust pipe. The influence of injection pressure and injection timing on liquid fuel evolution and combustion characteristics was studied under similar fuel quantities. Interesting spray development was seen from the side window images. Liquid impingement was found for all of the cases due to the small diameter of the piston bowl. The liquid fuel tip hits the bowl wall obliquely and spreads as a wall jet in the radial direction of the spray. Due to the bowl geometry, the fuel film moves back into the central part of the bowl, which enhances the air-fuel mixing process and prepares a more homogeneous air-fuel mixture. Stronger impingement was seen for high injection pressures. Injection timing had little effect on fuel impingement. No liquid fuel was seen before ignition, indicating premixed combustion for all the cases. High-speed combustion video was taken using the same frame rate. Ignition was seen to occur on or near the bowl wall in the vicinity of the spray tip, with the ignition delay being noticeably longer for lower injection pressure and later injection timing. The majority of the flame was confined to the bowl region throughout the combustion event. A more homogeneous and weaker flame was observed for higher injection pressures and later injection timing. The combustion structure also proves the mixing enhancement effect of the liquid fuel impingement. The results show that ultra-low sooting combustion is feasible in an HSDI diesel engine with a higher injection pressure, a higher EGR rate, or later injection timing, with little penalty on power output. It was also found that injection timing has more influence on HCCI-like combustion using a single main injection than the other two factors studied. Compared with the base cases, simultaneous reductions of soot and NOx were obtained by increasing EGR rate and retarding injection timing. By increasing injection pressure, NOx emissions were increased due to leaner and faster combustion with better air-fuel mixing. However, smoke emissions were significantly reduced with increased injection pressure.     

某发动机缸盖碗型塞密封失效分析及解决案例研究

碗型塞又名堵塞,因碗型塞的结构相对简单,可靠性高,价格便宜,广泛应用于内燃机。通过碗型塞与孔的过盈配合,及密封胶双重作用进行密封,碗型塞作为发动机常见的水道,油道密封方式,常见问题主要为漏液,因其结构简单,漏液问题根因也常常容易忽视;文章主要围绕发动机碗型塞漏水问题整改进行了理论分析和试验验证,为问题解决提供参考。     

基于局部线性模型树的高压共轨柴油机排放模型

为研究面向闭环控制的柴油机在线排放模型,以1台高压共轨、涡轮增压中冷柴油机的转速、扭矩、空燃比、燃烧始点、燃烧重心、燃烧终点、最高燃烧温度、最大缸内压力等运转和燃烧的各项参数为基础,运用局部线性模型树对排放物HC,CO,CO2,NOx和烟度进行了仿真研究。研究结果表明,以转速、扭矩、空燃比为输入时,CO,CO2,NOx的仿真结果与试验值具有较好的一致性,以转速、扭矩、空燃比、燃烧重心为输入时,HC、烟度的仿真结果与试验值具有较好的一致性。各排放的期望响应与仿真输出的平均误差在10%以内,线性回归相关系数达到0.96以上。各个排放物的仿真过程单独进行时,可以得到较好的仿真效果。因此,局部线性模型树模型适用于高压共轨柴油机排放物的仿真。     

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。     

Application of a thermodynamic model with a complex chemistry to a cycle resolved knock prediction on a spark ignition optical engine

A combination of experimental and numerical methodologies is proposed for the investigation of knocking in spark ignition engines to aid in better understanding the physical and chemical processes that occur and to exploit the capabilities of a developed computational tool. The latter consists of a thermo-fluid dynamics model, which is part of an advanced 1-D fluid dynamics code for the simulation of the entire engine, and a complex chemistry model, which can be embedded into the thermo-fluid dynamics model using the same integration algorithm for the conservation equations and the reacting species. Their mutual interaction in the energy balance will be considered. The experimental activity was carried out in the combustion chamber of an optically accessible, single-cylinder P.F.I. engine equipped with a commercial head. The experimental data consisted of optical measurements correlated to the combustion and auto-ignition processes within the cylinder. The optical measurements were based on 2-D digital imaging, UV visible natural emission spectroscopy and the chemiluminescence of radical species (OH and HCO). The engine parameters, the pressure signals of the related data and optical acquisition are compared on an individual cycle basis in the simulation by running the engine at a constant speed and varying the spark advance from normal combustion to heavy knock conditions.     

螺旋气门的结构优化及对无节气门汽油机燃烧性能的影响

由于进气方式的改变,气道喷射式无节气门汽油机中小负荷时泵气损失显著降低,但燃烧性能却明显恶化。为改善其燃烧性能,本文中设计了一种在进气过程中能产生较强进气涡流的螺旋气门,并使用仿真软件STAR-CCM+对螺旋气门的主要结构参数进行了优化。在稳流气道试验台上测量其进气涡流比和流量系数,证明该螺旋气门在开启升程较小时能产生强烈的进气涡流,对改善无节气门汽油机在中小负荷时的缸内进气流动状态和油气混合十分有利。将该螺旋气门安装在一台装载有全可变液压气门机构的无节气门汽油机上,试验结果表明:螺旋气门产生的进气涡流显著提高了无节气门汽油机中小负荷工况下燃烧速率、降低了循环波动,使燃油经济性能得到明显改善。     

基于AVL BOOST的氢燃料内燃机稀燃过程研究

应用AVL BOOST软件建立了氢燃料内燃机在稀燃状况下的计算模型,并在不同燃空当量比和点火时刻下,对氢内燃机燃烧过程进行了数值模拟,模拟结果和试验结果吻合较好。在此基础上,进行了点火提前角和燃空当量比对氢内燃机燃烧过程的影响研究,为合理组织氢内燃机的燃烧过程研究提供了依据。