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%。     

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.     

喷孔直径对PFI氢内燃机燃烧和排放特性的影响

通过对一台双孔对置式PFI氢内燃机进行三维数值模拟,对比分析了不同喷孔直径下氢内燃机混合气形成质量及缸内燃烧和排放特性。结果表明:随着喷孔直径的增加,缸内混合气均匀性系数逐渐降低,而缸内最大压力、最高温度、瞬时放热率、累积放热量和NOx排放均呈先增大后减小趋势。     

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。     

EGR对高压共轨柴油机晚喷燃烧特性的影响

文章利用KIVA-3V程序建立了柴油机燃烧三维数值模型,并且试验验证结果表明,计算值与试验值吻合良好。对一台6缸高压共轨柴油机进行了缸内三维模拟,在晚喷条件下研究了EGR对其混合气形成过程、燃烧特性和排放特性的影响。研究结果表明,随着EGR率的增加,滞燃期增大,点火燃烧时的缸内当量比降低,并且燃油分布更加均匀。采用EGR后缸内平均温度显著降低,并且缸内高温区域和温度分布差异明显减小,从而有效抑制了NOx排放的生成。     

GDI发动机二次喷射策略对油耗和排放影响的试验研究

通过改变某款GDI汽油发动机二次喷射策略,在2800rpm,13.5bar工况下研究了二次喷射比例和喷油时刻对油耗、排放的影响。试验结果表明:适当的二次喷射策略有利于优化发动机经济性和排放;二次喷射的比例和喷油时刻影响混合气的形成,可燃混合气形成的优劣程度直接影响燃烧和排放中炭烟生成,可通过优化策略控制CO和HC排放;二次喷射影响缸内温度,温度升高NOx排放增大。     

预喷射对轻型车用柴油机排放性能的影响

以某轻型车用柴油机为样机,研究了预喷射对柴油机排放及燃油经济性的影响.研究表明:采用预喷射可以对燃烧室进行预热.缩短主燃烧滞燃期,降低缸内最高燃烧温度,从而降低NOx的排放,同时炭烟排放及燃油经济性要好于单纯推迟喷油提前角的单次喷射方案;随着预喷油量的增加,NOx炭烟和燃油消耗率都有所上升,预喷提前角对轻型车用柴油机燃...     

GDI发动机工作过程三维数值模拟

对某缸内直接喷射（GDI）汽油机部分负荷时的喷油、混合气形成及燃烧过程进行模拟,分析了SOI为500、540°CA两种喷油正时对混合气形成和分布的影响及不同点火正时对燃烧性能和排放性能的影响。模拟结果显示,在SOI=500°CA时,混合气分布比较理想,达到了分层稀燃的目标;NOx是高温下的产物,推迟点火可以使NOx排放物减少;当负荷一定时,CO排放物只与空燃比有关,点火提前角对其影响不大。     

甲醇-汽油复合喷射发动机燃烧排放性能研究

为了研究不同比例甲醇和汽油混合燃料对发动机燃烧排放性能的影响,对1台1.4 L缸内直喷发动机加装了进气道喷射系统,改造为甲醇进气道喷射(MPI)+汽油缸内直喷(GDI)发动机,运用CFD技术建立该发动机模型,对不同甲醇热值替代比下的缸内混合气形成、燃烧和排放特性进行了研究。研究结果表明:在混合气形成方面,随着甲醇替代比的提高,缸内温度逐渐下降(但在点火时刻缸内温度下降趋势减缓),未蒸发燃料质量迅速增加。在缸内燃烧方面,提高甲醇替代比能够有效地加速缸内燃烧过程,提高缸内峰值缸压和峰值放热率,缩短滞燃期和燃烧持续期,使燃烧重心提前,但较高甲醇替代比下加速燃烧过程趋势减缓。在排放物生成方面,随着甲醇替代比的提高,NO_x排放逐渐增加,CO总排放量降低,但峰值CO量却呈现先增后减趋势,THC排放逐渐增加,其中大部分为未燃甲醇。     

车用天然气发动机技术与性能研究

把天然气发动机分为均质混合气预混合燃烧型和非均质扩散燃烧型 ,详细分析了前者的燃烧特点与排放性能 ,指出了采用天然气高压缸内直喷技术的必要性。高压缸内直喷天然气发动机的燃烧过程以非均质扩散燃烧为主 ,因而热效率高 ,最大平均有效压力达到甚至超过同型柴油机 ,NOx 排放低而且无可见烟度排放     

点火位置对汽油转子发动机燃烧过程的影响

以点燃式汽油转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的三维动态模拟,并利用试验结果进行对比验证。在此模型基础上,模拟计算和分析了4种不同点火位置对缸内压力、温度、火焰传播及NO_x生成的影响。结果表明:点火位置选择在燃烧室中轴线上,与转子凹坑中心位置重合,能优化燃烧,获取较大的功率;在燃烧室后部点火时,燃烧初期火焰传播速度快,压力升高率大,但是受限于燃烧室后部燃料少,压力峰值不高,且NO_x的生成量偏高;在燃烧室前部点火时,在补燃期阶段燃烧速度最快,但是点燃后压力升高阶段的燃烧效率一般;点火位置位于燃烧中轴线两侧错位排布时,燃烧效率低下导致压力峰值最低,同时NO_x的生成量稍高;一定工况下,双点火位置的坐标分别为(10 mm,-56 mm,-37.2 mm)和(-10 mm,-56 mm,-37.2mm)时,该发动机能获得最大的功率且NO_x生成量较少。     

喷油策略对柴油机燃烧噪声及排放影响的模拟研究

进行了通过优化高压共轨系统燃油喷射策略来改善缸内燃烧排放性能的研究,基于AVL Fire软件,针对1015柴油机开展了不同燃油喷射策略下的喷雾燃烧和排放的数值模拟,建立了数学模型并验证了模型的可靠性,分析了一次预喷的预喷时刻、预喷量、主喷提前角对燃烧噪声及排放的影响,揭示了各参数对燃烧噪声和NOx及炭烟生成的影响机理,为进一步优化预喷方案提供了理论依据。     

双层分区燃烧系统对高强化柴油机性能的影响

柴油机的燃烧系统是混合气形成质量的关键。为改善某高强化柴油机的燃烧和排放性能,在保证原机压缩比不变的条件下,设计了一种双层双弧脊分区燃烧系统——双层燃烧室匹配双排喷孔,并基于计算流体力学软件Converge进行数值模拟,研究不同上下排喷孔油束夹角对缸内燃烧和排放的影响。研究结果表明:新设计的燃烧系统的燃烧和排放性能均优于原机,上下排喷孔油束夹角会影响燃油在上下层弧脊处的分配,较大的上排喷孔油束夹角有利于对燃烧室顶隙空间的利用和上层弧脊下侧混合气的形成,较小的下排喷孔油束夹角有利于燃烧室底部凹坑附近空气利用率的提高和混合气分布范围的增加。因此,需要对上下排喷孔油束夹角进行合理的选择和匹配,使得发动机的整体燃烧和排放性能达到最优。     

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%.     

基于模拟计算的GDI发动机燃烧室优化设计

利用AVL Fire软件,对一款高压缩比直喷汽油机的缸内流动及喷雾过程进行了数值模拟,研究了不同燃烧室设计方案对缸内流动过程的影响。结合滚流、旋流、湍动能、缸内当量比分布等8项评价指标,分析了不同方案对混合气形成的改善效果。通过分析计算结果,并引入优化率对燃烧室设计进行评估,评估结果表明,最优方案在高转速工况和低转速工况的优化率分别达到了25.3%和23.4%,发动机缸内混合气的形成过程得到了明显的改善。     

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%。     

柴油机准均质混合气形成的数值模拟

利用KIVA-3V模拟了一台单缸二冲程柴油机通过早喷形成准均质混合气的过程，分析了喷嘴的不同结构对缸内混合气浓度场和温度场的影响。模拟计算表明，利用早喷可以形成稀薄准均质混合气；燃烧室形状影响混合气浓度场和温度场。为使稀薄准均质混合气在缸内合理分布，在不改变活塞ω形状的条件下，使用单孔喷嘴能有效避免燃油碰壁的发生。     

导向圆弧和中孔喷射对TR燃烧系统影响的研究

为研究导向圆弧和中孔喷射对TR燃烧系统的影响,应用STAR—CD软件对TR燃烧系统进行三维数值模拟。结果表明,在导向圆弧的作用下产生的燃油二次雾化,大大加速了混合气的形成和燃烧。中孔喷射使TR燃烧系统的着火区域出现在燃烧室中心,并有序地向外扩展,燃烧室中间的空气得到有效利用。中心喷孔的直径不能过大,否则燃烧恶化,烟度上升。     

EGR对高压共轨柴油机小负荷工况燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型车用高压共轨柴油机为样机,研究了在小负荷工况条件下,EGR率对柴油机排放、燃烧过程及燃油消耗的影响。试验结果表明:EGR减小了缸内最高燃烧压力及压力峰值,使压力升高率略有增加,降低了瞬时放热率与峰值,延长了燃烧持续期,降低了缸内温度峰值及平均温度。在小负荷工况,EGR可以同时有效改善NOx,HC及CO排放,当EGR阀全开,EGR率为42%时,NOx排放降低了38.7%,HC降低了39.6%,CO排放降低了21.3%;PM排放先随着EGR率增加而减小,EGR率超过某一值后,PM排放增加,整个PM排放曲线呈现"鱼钩"状变化趋势。EGR对小负荷工况燃油耗性能影响不大。     

进气道预混天然气对生物柴油发动机燃烧与排放性能的影响

在1台QCH 1105单缸柴油机上,试验研究了进气道预混天然气对生物柴油发动机燃烧与排放性能的影响。结果表明:随着天然气预混比例的升高,生物柴油发动机最大燃烧压力减小,燃烧相位推迟,缸内平均温度略有下降,NOx排放明显降低;预混天然气时,大负荷工况下燃油消耗率有所下降,HC和CO排放有所增加,炭烟排放随着天然气预混率的升高大幅降低。可见,进气道预混天然气对改善生物柴油发动机的经济性和排放性具有良好的潜力。