二级增压系统压气机效率的优化策略研究

对配置在1台重型车用柴油机上的二级增压系统进行了性能研究。结果表明:放气阀开启的二级增压系统存在进气能力不足、压气机效率低的问题;关闭二级增压放气阀后,在中、低转速低负荷工况仅采用高压级增压器,而其余工况借助高压级涡轮旁通阀实现进气压力可调,增压系统压气机效率均可超过60%,且最大进气压力可达334kPa;针对不同工况采用不同增压形式,通过控制涡轮旁通阀开度使二级增压系统进气压力及压比分配得到有效调节,可以改善压气机效率及燃油经济性,为二级增压系统与重型柴油机的性能匹配提供技术参考。     

高增压柴油机进气流动理论研究

柴油机增压比大幅度提高以后,进气压差和空气密度将显著增大.针对一台高增压单缸柴油机,通过仿真方法分析了两个典型转速下不同增压比对进气射流和缸内流动的影响规律,并对高增压柴油机进气流动进行了理论分析.研究发现:高增压柴油机在相同转速下的进气射流速度及其分布几乎不随增压比的增加而变化,缸内涡流比、湍动能等宏观和微观速度场特征参数也几乎不随增压比的提高而变化,原因是进气流动速度受限于平均活塞运动速度,进气质量的增加主要源自于空气密度的增加.     

进气管喷气对柴油机加速加载过程的影响研究北大核心

为解决相继增压柴油机加速和加载过程中出现的排放性能恶化的问题,进行了进气管喷气系统的改造,建立了瞬态过程的控制与数据采集系统,在柴油机在加速、加载过程中进行了喷气试验。通过研究不同喷气压力、喷孔直径对柴油机进气压力、最高燃烧压力和平均指示压力以及排放性能的影响规律,得出了加速、加载过程中的喷气策略,有效地改善了相继增压柴油机加速、加载过程中的瞬态性能。     

柴油机可调两级增压系统仿真分析及试验验证

为了研究柴油机可调两级增压系统,采用 GT-POWER 软件对 WP7 型柴油机可调两级增压系统进行一维建模和仿真分析,分别对稳态工况和动态工况下的仿真计算结果进行验证。结果表明：对于稳态工况,不同负荷条件下循环气缸压力、燃烧放热率的计算结果和试验结果有着非常好的一致性,其中气缸压力计算值与试验值的最大绝对误差为 0.157 MPa,最大相对误差为 1.07%,比燃油耗和进气压力的计算值和试验值也非常吻合,整个负荷范围内比油耗计算值与试验值的最大相对误差为 1.26%,进气压力计算值与试验值的最大相对误差为 1.21%;对于动态工况,扭矩、转速和增压压力变化曲线的计算值和试验值均能吻合得较好,变化趋势基本一致,增压压力计算值和试验值的最大绝对误差约为 14.1 kPa,最大相对误差为 4.85%。该柴油机可调两级增压系统仿真模型具有较高的计算精度。     

二级可调增压器旁通阀与喷油参数调节规律的仿真分析

利用Wave仿真软件建立了某二级可调增压V型8缸电控单体泵柴油机的仿真分析模型,应用台架试验数据对模型进行了标定,以最佳燃油经济性为目标,计算了外特性条件下排气旁通阀开度与喷油提前角对柴油机性能的影响规律,得到两者的优化匹配规律。计算结果表明:旁通阀阀门开度及喷油参数直接影响二级可调高增压柴油机系统的燃烧和换气过程;高转速高负荷工况时需要打开排气旁通阀,并适当增加喷油提前角以降低过高的排气背压,减少泵气损失,且转速越高放气阀开度越大、喷油提前角越大;中低转速高负荷工况时,排气背压低于进气压力,泵气损失功小,不需要打开排气旁通阀,并且应适当减小喷油提前角。     

柴油机高原动力性能仿真及环境模拟系统影响分析

利用GT-Power设计柴油机系统模型,结合环境模拟系统结构特征构建了其相应的模型特征,与实际台架模拟系统试验对标验证了模型的有效性,进一步运用模型分析了高原环境条件涉及压力和温度因素时的柴油机固有性能特征,研究了进排气管路系统特征对柴油机性能的影响。结果表明,高原环境条件下的压力因素对柴油机性能的影响大于温度因素。随着模拟压力的下降,柴油机功率下降,二者在高转速工况呈非线性关系。随着环境温度下降,柴油机性能转好,温度对转速1 800 r/min以下工况影响更大。进气压力高于排气压力时,在最大扭矩转速工况,平均单位压力变化会导致功率增加约10 kW;排气压力高于进气压力时,中高转速工况柴油机性能仍能维持,中低转速则直接恶化。进气管路长度、管路直径、管路表面粗糙度的影响程度由大到小依次为直径、长度、表面粗糙度,进气模拟管路直径影响加剧的临界值为0.2 m;排气管路主要是管路直径对柴油机性能的影响,临界值同样为0.2 m。     

进气管结构对天然气发动机性能影响的模拟与试验研究

利用数值模拟与试验研究相结合的方法分析了进气管结构对天然气发动机性能的影响。结果表明,进气过程中人字形进气管气流运动方向产生较大回转,歧管入口处产生较大涡流,导致流动损失增加,且2缸和3缸存在受相邻进气气缸抢气的现象,造成的各缸进气不均匀性可达6.69%,而谐振进气管不仅各缸的充气量高于人字形进气管,而且各缸进气不均匀性只有3%左右,采用谐振进气管时发动机动力性、经济性和排放性能得到明显改善。     

进气预热对柴油机起动过程动力性能影响的试验分析

为了改善某柴油机的起动特性,自行设计了柴油机进气火焰预热系统。利用基于时间的瞬时数据采集系统,测量了瞬时转速和缸内燃烧压力的变化规律,对不进气预热和进气预热条件下柴油机的起动特性进行了试验研究。试验结果表明:采用进气预热系统后,进气温度升高了18.5℃,柴油机起动过程中转速升高率增大,起动时间明显缩短;输出扭矩增大且波动明显减小;各个循环的最大燃烧压力升高且波动减小,燃油的着火滞燃期明显缩短,其着火过程中发生后燃、循环失火的概率明显减小,燃烧过程进行得更加充分,极大地改善了柴油机的起动性能。     

两级相继增压对柴油机低负荷性能影响的试验研究

为综合提升陆用与船舶柴油机中低转速工况动力性、经济性和排放性能，搭建发动机性能试验台架，分别从增压系统性能、柴油机燃烧和整机性能三个方面，对比研究了低压级增压、高压级增压、两级增压和两级相继增压四种增压方式对某型柴油机的性能影响。研究结果表明：柴油机运行在推进特性中低转速工况下，与其他增压模式相比，两级相继增压模式能显著提高进气流量，而不引起增压压力的大幅度增加，缸内最高燃烧压力远离极限值，因此可适当增加喷油量，实现中低转速工况较高的扭矩输出；在高温富氧燃烧条件下虽然NO_x排放略有增加，但两级相继增压模式通过排气能量的合理利用，获得了泵气功的收益和燃油消耗率的降低；在推进特性30%负荷下，与低压级增压相比，两级相继增压泵气平均有效压力提升0.019 3 MPa,燃油消耗率降低4.9 g/（kW·h）,经分析得出两级相继增压为柴油机在低负荷工况下最优的增压模式方案。     

变海拔环境下的车用柴油机进气压力控制仿真研究

针对车用柴油机运行在高原地区外特性恶化的难题,提出了一种变海拔环境下柴油机进气压力控制方法,该方法通过调节高压级增压器旁通阀流通系数来动态调节二级涡轮可调增压系统压比。在基于最佳空燃比和最大输出功率的柴油机进气压力动态控制仿真基础上,建立了高压级增压器旁通阀流量系数与转速及大气压力的匹配关系。仿真试验表明,该方法大幅度降低了大气压力变化对柴油机外特性的影响,动力性和燃油经济性得到了明显改善。     

基于多因素神经网络模型的柴油机NO_x排放预测及试验研究

以发动机转速、进气量、循环油量、发动机出水温度、中冷后进气温度、进气湿度、排气背压、柴油温度作为输入,NO_x排放质量流量为输出,优化隐层节点和迭代次数,并经过样本训练,构建了NO_x排放预测模型。结合台架试验数据,验证了模型的泛化能力,其预测值与试验值间误差小于1.5%。在此基础上,利用模型进一步分析了试验因素的重要度和试验控制性。结果表明:发动机转速、循环油耗、中冷后进气温度、排气背压对柴油机NO_x排放的影响相对较高;进气湿度控制范围过宽,对NO_x排放测试结果影响高于其他因素。     

大功率柴油机全地域进气质量流量的测量

由于装甲车辆动力舱空间狭小,无法直接安装进气质量流量传感器,利用大气压力、环境温度与空气密度、黏度之间的关系,以补偿方式消除不同地区空气密度和黏度变化影响,基于黏性流体总流伯努利方程,建立了大功率柴油机进气质量流量测量模型并进行了试验标定,结果表明模型最大误差为1.07%。开发了全地域进气质量流量测量仪,分别在北京地区和羊八井地区进行了实车应用,结果表明该测量仪可以实现进气质量流量的实车测量。     

电喷汽油机可变进气系统的优化设计

利用发动机一维气体流动模拟程序，对某电喷汽油机进气系统的流动过程进行了模拟计算。对该汽油机采用的可变进气系统的歧管直径和长度、控制阀开关的切换转速等结构参数进行了优化设计。计算结果表明，与原机相比，经优化设计后系统的充气效率最大增加幅值大于11％，且改变了充气效率随转速的变化趋势。分析了配气正时对可变进气系统充气效率的影响。     

柴油机掺氢文丘里管的结构设计及优化

为了将由水解装置产生的氢气由进气总管处引入柴油机,设计了一套文丘里管装置,将压力较低的氢气（0．15 M Pa）自发地引入压力较高的进气总管（0．25 M Pa）内。为了优化该文丘里管的吸氢能力,并降低文丘里管装置对发动机进气的影响,同时确保文丘里管结构尺寸较小便于安装,采用CFD软件 FIRETM模拟了发动机实际工况下的文丘里管内气体流动情况,分析了分流流量、喉口管径、导流段管径、收缩角、扩压角、收缩圆角半径、扩压圆角半径等7个参数对氢气吸入能力的影响特征。结果表明：参数优化后文丘里管能够产生足够的低压,使水解的氢气顺利地吸入进气总管,同时不对发动机进气产生较大的流阻影响。     

基于一维-三维耦合仿真的进气系统优化方法

提出了基于一维-三维耦合仿真的进气系统优化方法,此方法兼具CFD对进气系统三维流动特性准确描述与一维仿真对内燃机进气系统全局控制的优点。建立了进气歧管三维模型,采用GT-Power软件进行缸内工作过程模型仿真,根据试验数据标定仿真模型。通过一维-三维耦合仿真计算得到进气歧管各转速下的流动参数,以此作为CFD仿真的边界条件,优化进气歧管的结构参数。通过整机试验对进气歧管流动性能进行了验证。试验结果表明,该方法能够较好地指导进气歧管设计。     

氢发动机燃烧循环变动及其影响因素的研究

通过1台点燃式进气歧管喷射氢燃料发动机的最大燃烧压力的试验分析,获得了不同工况下的最大燃烧压力循环变动系数,以此为基础研究了过量空气系数、点火提前角以及转速对氢燃料发动机燃烧循环变动的影响趋势。结果表明,点火提前角对氢燃料发动机循环变动的影响相对较大。     

进气歧管结构对进气流动影响的数值模拟

利用Fluent软件对某型号多缸汽油机进气歧管建立了三维数值模型,并对其稳态流场进行了三维数值模拟与分析,研究了进气歧管主要结构参数对流场特性、压力损失和流量特性等的影响。     

某型柴油机进气歧管优化分析

利用CFD软件计算某四缸柴油机各个气缸EGR废气分布,利用Boost软件计算发动机一个工作循环的边界条件,提供给3D模型作为输入。在CFD软件中计算并得到各个气缸的EGR率和EGR质量流量相对误差,由于计算结果不满足评价标准,因此对进气歧管模型结构进行优化,并再次按照以上步骤进行CFD计算。结果证明：优化方案进气歧管EGR分布均匀性很好,满足评价要求。     

单列列车通过无辅助坑道长大铁路隧道时空气阻力计算方法研究

对单列列车通过无辅助坑道长大铁路隧道时的空气阻力计算方法进行探讨,建立基于非恒定流和车头车尾压差的空气阻力计算公式,在通过现场试验对此方法进行验证后进行大量工况的计算,分析隧道长度、阻塞比、列车速度和列车长度对列车空气阻力的影响。计算结果表明：影响隧道内列车空气阻力最主要的因素是列车速度,其次分别为阻塞比、隧道和列车长度。