超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用AVL FIRE软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明:当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。     

超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa 以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用 AVL FIRE 软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明：当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。     

燃油喷射对柴油机燃烧及排放的影响

针对4190柴油机燃油系统电控化改造项目,应用AVL_FIRE三维CFD软件平台,建立该机缸内高压循环仿真模型,通过台架试验获得缸压曲线验证仿真计算的正确性。借助模型研究燃油喷射系统参数对燃烧、NOX和碳烟颗粒生成等的影响。结果表明:随着喷孔锥角的增大,缸内最大温度与压力逐渐增大,采用小喷孔锥角时,NOx排放浓度低,但碳烟排放浓度较高;喷油器喷孔直径增大,缸内压力与温度逐渐增大,采用0.30 mm喷孔直径时,NOx和碳烟的排放浓度均较低;喷油提前角增加导致缸内温度增大,NOx排放浓度增加,碳烟排放浓度降低。     

喷油器喷孔直径对船舶柴油机燃烧性能的影响

研究船舶柴油机喷油器的雾化特性对提高船舶柴油机热效率、减少燃油消耗率和有害物排放、预防机械故障有着重要的意义。以4190ZL型船用中速柴油机为例,利用CFD软件FIRE对其喷油器在不同喷孔直径下的喷射雾化和燃烧过程进行数值模拟,得到燃油雾化特性和燃烧过程的数据,并分析其对柴油机NOx和碳烟排放的影响。结果显示采用孔径为0.3 mm的喷油器,柴油机排放特性最佳,为船舶柴油机喷油器设计、故障诊断与选用提供参考。     

某型船用高压共轨大功率柴油机喷射特性研究

利用AVL公司的HYDSIM软件对某型船用高压共轨大功率柴油机电控喷油器工作过程进行仿真,仿真结果与实际试验数据相一致,表明仿真模型的准确性.通过模型的建立,系统分析了喷孔直径、喷射压力与喷油规律、雾化质量之间的关系.结果表明:喷孔直径和喷油压力都通过燃油流通截面积影响喷射速率和喷雾特性,这为进一步的高压共轨系统燃烧优化打下了坚实的基础.     

舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究

运用CFD软件Star-cd对一台舰用高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧进行了缸内喷雾及燃烧过程的模拟计算,主要考察了不同压缩比的燃烧室型线,以及喷油器喷孔参数对柴油机性能、缸内温度场、速度场和NO排放的分布的影响.经过多方案的计算分析,确定了高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧的压缩比和喷孔参数,并能在提高柴油机性能的同时降低排放.通过对最优方案的台架试验,在直喷式柴油机上实现了预混合等压燃烧要求的放热率.     

高原环境下喷孔夹角对某增压柴油机性能影响的数值模拟与分析

基于ECFM-3Z燃烧模型建立适应高原环境柴油机缸内工作过程模型,在平原试验验证的基础上,对喷油器喷孔夹角为147°、150°、153°、156°四种情况进行数值模拟,分析了喷孔夹角对海拔4550m下缸内燃烧过程的影响。研究结果表明,喷孔夹角增大后,缸内压力和温度上升,功率得到一定恢复,柴油机的排放随之上升。综合考虑柴油机的动力性和排放,海拔4550m下将喷孔夹角从150°(平原原机值)增加到153°比较合理。     

船用低速柴油机电控喷油器预喷射对主喷射循环喷油量的影响

喷油器进行多次喷射时,不同喷射之间会产生相互影响,导致循环喷油量随着喷射间隔(dwell time,DT)的变化产生波动,给柴油机油量的控制增加了难度。本文根据船用低速柴油机电控喷油器的概念设计,利用AMESim仿真平台搭建了喷油器的数值仿真模型,研究预喷射对主喷射循环喷油量的影响,揭示出预喷射引起的喷油器内部的压力波动是导致主喷油量随DT波动的根本原因。分析控制阀杆最大升程、控制腔进油孔直径、控制腔出油孔直径和喷孔直径等4个特性参数对主喷油量波动规律的影响,得出参数变化主要影响主喷油量的波动幅值和相位的结论。     

TBD620柴油机燃油喷射系统性能研究

利用HYDSIM软件,建立了TBD620柴油机燃油喷射系统仿真模型,对其采用的标准喷油器和专用喷油器在不同负荷工况下的燃油喷射过程进行了仿真计算,分析研究了2种喷油器对柴油机燃油喷射特性的影响。结果表明专用喷油器在低负荷工况下能显著提高燃油喷射压力,改善燃油雾化效果,而在高负荷工况下,两者区别较小。     

低硫燃油对低速船机燃烧过程的影响

收集和整理实际加注的多种低硫燃油样品,研究不同黏度低硫燃油对低速船机燃烧过程的影响,详细分析和对比燃烧过程中气缸套壁面附近高温区域的变化。结果表明：低硫燃油黏度分布跨度较大,且整体低于高硫燃油;不同黏度低硫燃油对低速船机缸内燃烧压力的影响不明显,但对放热率曲线及缸内平均温度存在一定影响;低速船机气缸套壁面在约11.5～60°CA之间都会持续受到高温影响,且壁面附近高温区域体积呈现先快速增加后逐渐减小趋势;低硫燃油的黏度越低,其燃烧过程中壁面附近高温区域占比越大,且持续时间越长,低黏度低硫燃油引发气缸套异常磨损的趋势更明显。     

压力波动对喷嘴内流场及喷油规律影响的仿真研究

采用模糊PID控制策略模拟共轨管内的燃油压力作为边界条件,对不同尺寸喷嘴进行CFD流场计算,研究高压共轨压力波动对喷嘴内部流场及喷油规律的影响,结果可对各孔流量的均匀性和下游的喷雾特性研究提供更真实的边界条件,供喷嘴结构参数的优化设计参考。     

船用柴油机系统的完整建模（英文）

This paper presents a simulator model of a marine diesel engine based on physical, semi-physical, mathematical and thermodynamic equations, which allows fast predictive simulations. The whole engine system is divided into several functional blocks: cooling, lubrication, air, injection, combustion and emissions. The sub-models and dynamic characteristics of individual blocks are established according to engine working principles equations and experimental data collected from a marine diesel engine test bench for SIMB Company under the reference 6M26SRP1. The overall engine system dynamics is expressed as a set of simultaneous algebraic and differential equations using sub-blocks and S-Functions of Matlab/Simulink. The simulation of this model, implemented on Matlab/Simulink has been validated and can be used to obtain engine performance, pressure, temperature, efficiency, heat release, crank angle, fuel rate, emissions at different sub-blocks. The simulator will be used, in future work, to study the engine performance in faulty conditions, and can be used to assist marine engineers in fault diagnosis and estimation(FDI) as well as designers to predict the behavior of the cooling system, lubrication system, injection system, combustion, emissions, in order to optimize the dimensions of different components. This program is a platform for fault simulator, to investigate the impact on sub-blocks engine’s output of changing values for faults parameters such as: faulty fuel injector, leaky cylinder, worn fuel pump, broken piston rings, a dirty turbocharger, dirty air filter, dirty air cooler, air leakage, water leakage, oil leakage and contamination, fouling of heat exchanger, pumps wear, failure of injectors(and many others).     

一种可变启喷压力喷油器的结构设计

根据不同启喷压力下柴油机喷油特性的仿真计算,分析不同启喷压力下喷油特性的变化规律,设计出一种可变启喷压力的喷油器,在柴油机处于不同工况的情况下,可以改变喷油器的启喷压力,使柴油机燃烧特性得到改善.     

天然气分段喷射对双燃料发动机性能影响的研究

针对6L190柴油/天然气双燃料发动机,采用天然气分段气态直喷的喷射规律,通过改变其主预喷间隔与预喷量,利用AVL Fire软件对缸内燃烧及排放进行数值模拟研究。结果表明:天然气预喷射能够改善混合气形成质量,缩短主喷射着火滞燃期,降低缸内最大爆发压力和最高燃烧温度,减少NOX排放,优化燃烧,但若要达到良好的预喷射效果,这需要对预喷量和主预喷间隔进行优化调整。间隔角较大时,宜采用较大预喷量;间隔角较小时,预喷量宜减少;间隔角不宜过小,否则效果会适得其反。预喷量固定时,较大的间隔角有利于改善排放;预喷量较小时,排放对间隔角变化相对不敏感。     

船用大缸径柴油机燃烧系统的仿真研究与工程化应用

伴随着排放法规的不断升级,大缸径船用柴油机面临经济性和排放性升级的双重考验,因而对其油气混合过程和燃烧系统匹配优化的需求更加紧迫。文章采用仿真研究的方式,建立某200缸径船用柴油机的燃烧系统三维模型,研究其喷油规律、喷油器流量、夹角及燃烧室形状等参数对燃烧性能的影响,并以此为基础提出改进方案。实验结果表明,仿真优化方案实现了油耗原机基础上降低4.6%、烟度降低53%,极大地改善了产品性能。     

掺烧不同比例二甲醚柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究不同比例的二甲醚/柴油混合燃料的燃烧性能与排放特性的研究,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为原型机,运用AVL_FIRE仿真软件构建燃烧室高压循环模型,首先通过仿真数据与台架试验的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。研究结果表明：经过双喷油孔的二甲醚（DME）进入缸内后,呈现明显的燃烧阶段DME低温燃烧和柴油扩散燃烧;随着DME的掺烧比例的增大,缸内压力和温度峰值有增大的趋势,对应的相位有所提前;在100%负荷工况下NOX排放最终呈现先减小后增大;在CO和碳烟排放中呈现显著降低趋势。在反应过程中掺烧DME缩短了滞燃期和燃烧持续时期,混合质量较柴油好,DME和柴油混合后有良好的雾化特性,为后期的DME研究提供参考。     

某船主机喷油器喷嘴锁紧螺母裂纹的启示

介绍了Mak 8M453C 型四冲程脉冲增压柴油机的喷油器冷却系统的组成,并分析了喷油器喷嘴锁紧螺母裂纹的原因及预防裂纹的措施。     

船舶柴油机供油系统故障诊断研究

柴油机燃油供给系统工作质量的好坏,直接影响柴油机的工作性能。阐述了在虚拟仪器中对柴油机喷油系统压力波的数据采集和特征参数提取,并介绍了在各种故障模式下柴油机喷油器产生故障的原因和特征参数的变化,利用人工神经网络模型实现故障诊断。结果表明,该方法可实现柴油机喷油器不解体故障诊断,在实际的故障诊断中具有一定的应用价值。     

基于正交—主元分析对柴油机燃烧参数匹配优化

基于电控化改造后的4190柴油机,利用AVL—FIRE软件建立天然气—柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型,并与原机进行验证。采用正交试验法以指示功率和NOX生成量为优化目标,并对燃烧参数进行匹配,进行仿真试验。利用主成分分析法对仿真结果进行优化分析,将优化结果与正交试验结果对比并最终代入模型进行检验。通过正交—主成分分析得出：柴油机运行参数对低温燃烧影响的主次顺序与正交试验设计基本一致,且具有更高的可靠性和准确度。优化后的参数为：天然气替代率45%,进气压力0.224MPa,EGR率12.5%,进气温度335.15K,喷油提前角22.7°对应的指示功率为37.83kW,NOX生成质量分数比原机降低78.73%,比极差分析最优组合降低10.92%。该优化方案在保证动力性的前提下可以有效地降低NOX排放。