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。     

带双ω燃烧室柴油机燃烧和排放特性的数值模拟

为了改善柴油机喷雾空间分布和缸内混合气形成质量,提出了一种双ω型燃烧室和与之相匹配的双排喷孔的燃烧系统。应用AVL FIRE软件对油束不同落点位置的缸内喷雾、混合气形成和燃烧过程进行了数值模拟,分析了油束不同落点位置对缸内速度场、浓度场和温度场和燃烧排放特性的影响。结果表明:油束落点位置对燃烧和排放性能影响较大,采用双排喷孔喷油嘴能有效提高可燃混合气的形成质量,而且碳烟排放最大值较采用单排喷孔时降低了57.8%。     

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。     

Simulation and Analysis on the Combustion Chamber of DI Diesel Engines with Spray-wall Impingement

为改善燃烧室内喷雾的空间分布,促进油气更好地混合,设计了一种新的直喷式柴油机撞壁喷雾燃烧室.对不同喷孔夹角在燃烧室内形成的近撞(包括全撞和半撞)及远撞喷雾方式的缸内混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟.结果表明,从燃空比分布来看,半撞喷雾方式混合气最均匀,全撞方式次之,远撞方式最差.至于排放,远撞喷雾方式生成的NO排放最低,而半撞喷雾方式生成的碳烟排放最低.     

一款1.5L缸内直喷汽油机的燃烧系统设计

基于进气道三维流场测试装置、定容弹喷雾试验台和光学单缸机测试系统组成的缸内直喷汽油机燃烧系统可视化开发平台,开发设计了满足设计要求的高性能进气道,并匹配了缸盖燃烧室和活塞,有助于缸内混合气的形成,提高燃烧速率;综合考虑排放与机油稀释量的基础上,优化设计了喷雾靶点。对所设计的燃烧系统进行了光学单缸机试验和热力学多缸机试验验证。结果表明,进气道和燃烧室组织引导的气流在缸内形成高滚流,对喷雾油束有强烈的弯卷作用,极大促进了均质混合气的形成,并减小喷雾碰壁的风险;喷雾靶点的合理设计有效避免喷雾油束与壁面的碰撞,减少了机油稀释率和起燃工况HC排放;所设计的燃烧系统搭载1.5TGDI发动机实现了80kW/L、最大扭矩250N·m、排放较低的性能指标。     

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。     

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。     

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。     

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。     

装备EGR系统柴油机的结构参数优化及排放性能试验研究

以装备EGR系统的增压直喷柴油机为研究对象,分别研究了燃烧室型式、喷油器喷孔直径和喷孔数量、喷油器喷孔夹角、喷油器启喷压力、喷油泵嘴端最高压力和喷油泵供油提前角对NO,和微粒排放的影响,以及不同EGR率对柴油机NO,以及微粒排放的影响.针对结构参数调整后的柴油机进行了台架试验,结果表明,在保持HC、CO排放基本不变的情况下,该柴油机的NO排放下降了21%.     

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。     

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。     

喷油嘴参数对TR燃烧系统排放性能的影响

在一台单缸135柴油机上,通过试验就喷油嘴参数对TR燃烧系统性能的影响进行了研究。试验结果表明,适当增加侧向喷孔数目和侧向喷孔长径比有利于改善TR燃烧系统的排放性能。     

单缸直喷柴油机涡流室燃烧系统外部增压的实验研究

为满足非道路用柴油机的排放法规,从改善柴油机缸内混合气形成质量出发,提出了直喷式柴油机涡流室燃烧系统;设计了柴油机外部增压系统,进行了新型燃烧系统在外部增压下性能的实验研究。结果表明,外部增压能降低柴油机的油耗和排放;增压压力为0.15MPa时,柴油机油耗率最低。增压压力为0.18MPa时,使用4×0.36×140°喷油嘴在供油提前角为8°CA、90%负荷下,NOx排放量仅为常压下的25%。     

喷孔数调控活性分层对乙醇-柴油双燃料燃烧的影响

基于1台自然吸气的单缸柴油机,结合缸内三维燃烧仿真计算,研究了不同直喷正时、不同预混比例条件下,直喷喷油器的喷孔数对乙醇-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明,优化直喷喷油器的喷孔数,能影响直喷柴油的缸内分布,调控乙醇-柴油双燃料发动机燃烧过程。减少喷孔数,可以有效降低缸内高活性柴油的分布区域,减少初始着火的位置,从而降低缸内最高燃烧压力和压力升高率,并且可以在炭烟排放保持较低水平的基础上,降低氮氧化物(NO_x)排放。随着乙醇预混比例的增大,喷孔数对燃烧和排放的影响先增大后减小。随着喷油提前角的增大,由于直喷燃油在缸内混合较为均匀,喷孔数的影响作用逐渐减小。     

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%.     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。     

缸内直喷醇类燃料发动机的燃烧与排放特性

根据所测的示功图和排放,分析了一台采用火花点火、缸内直喷周向分层燃烧系统的发动机在燃用甲醇和乙醇时的性能和燃烧特性。研究表明,醇类燃料发动机的燃烧由预混燃烧与扩散燃烧组成,具有非常快的燃烧速率,而且非常稳定,ATDC(3°CA～6°CA)就燃烧完50%燃料,循环变动小于6%。与燃用乙醇相比,燃用甲醇时滞燃期较短,燃烧速率较快。由于采用分层燃烧,醇类燃料发动机具有与直喷柴油机相当的热效率,在负荷特性上,燃用醇类燃料时的NOx排放仅为柴油机的10%～40%,且能实现无烟燃烧,CO排放的增加低于1%,HC排放高于柴油机。     

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.     

燃烧室形状对双燃料发动机性能影响的模拟分析

利用STAR‐CD软件模拟研究了3种燃烧室形状对柴油‐天然气双燃料发动机性能的影响,3种燃烧室分别为ω形燃烧室、八边哑铃形燃烧室和圆柱形燃烧室。研究发现,八边哑铃形燃烧室因为减小了喉口直径,增加了挤流强度,使得气缸内的湍动能增强,火焰传播速度加快,燃料利用率提高,同时,在燃烧室的底部设计凸台,能引导燃烧室内的气流运动,并引导柴油向燃烧室的底部扩散,促进着火点的广泛分布。因此,八边哑铃形燃烧室的缸内平均压力、平均温度和指示热效率最高,天然气剩余比例最小。