直喷式柴油机一些参数对测得的空气卷吸率和放热率的影响

空气往火焰中的卷吸率和放热率是在一台直喷式柴油机中用热力学方法计算的:推荐了一种双区模型,使用气缸压力、火焰温度和喷油率三个测得的数值作输入数据。由各种条件下的卷吸率和放热率间的相互关系,就可知道,扩散燃烧的初期和主要阶段的燃烧主要受空气往火焰中卷吸的控制。我们也研究了喷射压力、活塞形状和涡流强度对空气卷吸的影响。火焰中的混合程度是用火焰中的当量比评定的,后者也是用同一模型得到的。排气中氧化氮和炭烟浓度趋势是与火焰中的当量比和在所有各种条件下测得的火焰温度密切相关的。     

高速柴油机气缸内火焰温度的实验与测定

火焰温度随时间变化的过程可以显示出柴油机燃烧的特性。这不仅与反应区域的放热情况有关,同时也与碳烟的形成和烧失,氧化氮的产生以及热幅射有关。试验确定火焰温度的一种可取的方法是测量碳烟发光火焰的幅射。这时在二段狭窄的波长范围内测量幅射强度。     

EGR率对柴油机富氢EGR燃烧过程的影响

在一台柴油机可视化实验台上,用高速摄像机拍摄下柴油机富氢EGR燃烧过程的火焰照片,应用三基色法计算了燃烧温度场,结合示功图和放热率曲线分析了EGR率对富氢EGR燃烧过程的影响.结果表明:当掺氢比为2％时,随着EGR率的增加,着火时刻呈现推迟的趋势,燃烧持续时间先延长后缩短;缸内最大爆发压力减小,达到峰值压力的时间推迟;放热率峰值下降,放热率曲线整体推后;缸内最高温度和平均温度随之降低.     

高速柴油机排气中氮氧化物生成的研究

本文对柴油机ＮＯ的生成进行计算机模拟分析和试验研究，利用台架实验数据，根据现象学燃烧模型，以美国卡特彼勒（Ｃａｔｅｐｉｌｌａｒ）Ｃ６１２１高速柴油机和上柴６１３５ＡＣａ高速柴油机为对象，计算的缸内新鲜空气消耗率，火焰燃烧温度以及该温度的ＮＯ生成率等参数，并进行了试验研究。     

基于拟序火焰模型的柴油机燃烧过程数值模拟

在分析经典的涡耗散概念燃烧模型(Eddy Dissipation Concept Model)的基础上,着重介绍了3区拟序火焰模型(3 Zones Extended Coherent Flame Model,ECFM-3Z)机理,并对一台直喷式柴油机的单缸燃烧过程进行了数值模拟。通过模拟计算与试验结果的对比分析发现,计算所得的缸内压力、燃烧放热速率和排放生成物与试验结果吻合良好,表明所应用的燃烧模型更能真实地反映柴油机燃烧过程,并能较准确地预测排放物的生成。     

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。     

从火焰图像求取温度场的双色法测量系统

燃烧火焰的温度测量对于发动机燃烧状态的诊断十分重要,可用于发动机的改进。本文用数字图像处理技术、光学和辐射学知识,建立了双色法测量温度的计算模型。用一个彩色电荷耦合器件(CCD)摄像机,获取燃烧火焰光学影像,从火焰图像中得到温度场。用Matlab软件,编制了该模型的标定和计算的程序。该系统能对标定图像,进行批量处理。用双色法标定参数曲线,得出温度场,并输出灰度图和伪彩色图,可给出一些温度场的统计值。结果表明:本系统所得结果与实际测量结果基本一致。     

通用汽车公司利用激光研究燃烧过程

<正> 燃烧室内的流体运动是影响燃烧过程的主要因素。对汽油机来说,它控制着火焰传播速度;在柴油机中,它决定着燃料与空气的混合速率和燃烧速率。因此,许多汽车生产厂家正在开发观察流体运动和测量流动特性——流速、涡旋强度和变形速率(strain rates)的新技术。 通用汽车公司研究所(GMRL)发动机研究部主任Nick E.Gallopoulos介绍了该所在发动机研究与设计中所用的某些流动显形和流体测量新技术。这些新技术包括:粒子示踪测速(PTV)和粒子图象测速(PIV)。     

二甲醚发动机活塞温度的测量研究

用硬度塞法分别测量了相同工况下二甲醚(DME)发动机和柴油机的活塞温度分布,测量结果表明,90%标定负荷工况时,DME发动机活塞顶部和火力岸处表面温度为255℃～290℃,比同工况下柴油机要低20℃～40℃,燃用这两种燃料的活塞温度分布情况及其变化趋势则基本相同。采用零维燃烧模型对DME发动机与柴油机的燃烧放热规律和缸内温度变化历程进行了预测分析,计算结果表明,在相同工况下DME发动机的热负荷低于柴油机,这是导致DME发动机活塞温度较柴油机低的根本原因。     

柴油机碳烟排放的数值模拟及试验研究

考虑碳烟粒子生成速率同时受控于涡团破碎速率和化学反应速率,提出一种输运控制率与碳烟氧化率混合控制模型进行碳烟计算,并用此模型对一台直喷式柴油机燃烧与排放生成过程进行了多维数值模拟。结果表明,计算模拟结果与试验测量结果吻合较好,且使用该模型能够预测柴油机研究样机的碳烟生成与氧化历程。     

柴油、乳化油和甲醇喷雾燃烧光强波的研究

探讨了柴油机燃烧光强波的性质。在不同压力、氧浓度的条件下，对柴油、乳化油、甲酵喷雾的燃烧光强波进行了测量分析。结果表明，柴油机的燃烧光强波所反应的是火焰内碳粒的氧化历程。对于不同的燃料，燃烧光强波的强弱并不仅仅取决于火焰中碳粒的数量，同时还取决于火焰中的氧浓度。     

增压中冷柴油机燃用F-T柴油的燃烧特性

在4100QBZL柴油机上对比研究了0号柴油和F-T柴油的燃烧特性。通过对比发现,与燃用柴油相比,柴油机燃用F-T柴油具有如下燃烧特性:燃烧压力峰值较低,峰值出现相位滞后;压力升高率峰值显著降低,峰值出现相位提前;放热率峰值降低明显,峰值出现相位提前;燃烧温度峰值基本不变,但峰值出现相位滞后;滞燃期显著减小,预混合燃烧期增大,扩散燃烧期在低负荷时增大,高负荷时减小;预/扩燃烧系数和预/扩燃烧率均较低;有效热效率和燃油经济性有所提升。     

基于定容弹的天然气燃烧特性的试验研究

天然气稀薄燃烧可提高燃烧效率,降低燃烧温度,研究影响天然气稀燃的控制参数非常重要。本文中基于纹影法在定容弹燃烧试验平台上,通过试验分析不同过量空气系数和不同点火能量对天然气燃烧的影响。结果表明:在相同的点火能量下,火焰传播速度随着过量空气系数增加而下降;在过量空气系数1. 7的边界点,点火成功率随着点火能量的减小而降低,另外,从火焰传播的量化分析可以看出,较强的湍流流动能促进火焰传播速度的提高。     

事件·问答

1892年，第一台压燃式内燃机 德国工程师狄赛尔在1892年试制成了第一台压燃式内燃机，也就是柴油机。这台柴油机用汽缸吸入纯空气，再用活塞强力压缩，使空气体积缩小到15倍左右，温度上升到500-700度，然后用压缩空气把雾状柴油喷入汽缸，与缸中高温纯空气混合，由于汽缸这时已经有了较高的温度，因而柴油喷入后自行燃烧做功。     

不同稀释率下初始压力对层流燃烧火焰传播的影响

选取试验工况T=348 K,P=0.10～0.30 MPa,Φ=1.0,Φ_r=0%～8%下的纹影图片,研究了稀释率和初始压力对层流燃烧火焰传播的影响,以及测量角步长对火焰半径测量精度的影响,提出了相应的评价指标来描述火焰半径的分布状态,以得到更加精确的火焰半径值,为研究层流燃烧提供更加可靠的数据支持。研究表明,未稀释情况下的火焰稳定性较低,半径提取值波动较大,随着稀释率的增加,火焰稳定性增强,半径提取值波动减小。稀释情况下,随着稀释率增加和火焰半径增大,火焰稳定性降低,火焰传播不均匀性增加。     

大气压力和冷却液温度对柴油机性能影响的试验研究

利用内燃机高海拔(低气压)模拟试验系统,研究了大气压力和冷却液温度对柴油机性能与燃烧特性的影响规律。试验结果表明:随着进气压力降低,柴油机最高燃烧压力下降,缸内平均温度大幅升高,燃烧始点推迟且持续期延长,后燃严重,燃烧过程未能及时释放热量,动力性能和燃料经济性下降明显;随着冷却液温度的升高,最高燃烧压力增大,燃烧始点提前且持续期略有延长,燃烧重心略微前移,燃烧放热率减小,且大气压力越低冷却液温度对柴油机燃烧过程的影响越明显。在高海拔(低气压)条件下,提高柴油机冷却液工作温度,可以明显减少冷却液散热量,提高柴油机的热-功转换效率,显著改善柴油机的高原动力性和经济性,同时柴油机热负荷升高幅度并不大。     

针对氢燃料发动机爆燃过程的数值模拟研究

发动机爆燃这一异常燃烧现象不仅阻碍了发动机压缩比的提高,还限制了可降低有害物质排放的新型燃烧方式应用。采用数值模拟方法,以活塞运动到上止点时的气缸作为二维计算区域,模拟了不同压力、温度初始条件下的氢气与空气混合物爆燃燃烧过程。探究了末端气体自燃及正常燃烧火焰前锋、自燃火焰前锋、压力波和温度之间的相互作用。结果表明,自燃的发生最初是由压力波 在气缸内来回振荡,使得气缸内压力和温度升高造成的。在正常燃烧火焰前锋的挤压作用下,火焰前锋附近发生了自燃。自燃发生后由于正常燃烧的火焰前锋压缩使高压范围更小,压力更大。自燃并不是发生在近壁面处的,而是发生在正常燃烧的火焰前锋附近。已燃区域在靠近自燃区域的部分,压力和温度都有小幅升高。当自燃火焰前锋与正常燃烧火焰前锋运动方向完全相反时,它们之间发生强烈的相互作用,导致自燃火焰前锋的动力速度大幅降低。此外,研究发现计算区域的维数对基元反应之间的竞争是有影响的。     

天然抗氧化剂对生物柴油燃烧特性的影响研究

针对生物柴油氧化安定性较差的特点,在调和油B20中添加天然抗氧化剂,改善生物柴油的氧化安定性.通过发动机台架试验,测量了标定转速、不同负荷时,分别添加迷迭香与茶多酚两种抗氧化剂的生物柴油K1B20和K2B20的示功图,并与燃用柴油B0、生物柴油B100以及调和油B20进行对比,探讨了抗氧化剂对柴油机燃烧过程的影响.结果表明:低负荷时,与燃用B0相比,燃用B100的最高燃烧压力、最大压力升高率升高,瞬时放热率峰值降低,滞燃期缩短,燃烧持续期延长;与燃用B20相比,燃用K1B20和K2B20的压力曲线与瞬时放热率曲线形状以及燃烧特性参数基本相同.全负荷时,随生物柴油掺混比的增加,最高燃烧压力降低;燃用K1B20和K2B20的最高燃烧压力升高,对应的曲轴转角略有延迟,最大压力升高率峰值基本相同,对应曲轴转角延迟.燃用K1B20和K2B20对柴油机的输出功率影响不大,与B20相比,滞燃期与燃烧持续期略有缩短,排气温度有所降低.     

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。     

测量条件对柴油机排放PM尺寸分布的影响

研究了不同测量条件对柴油机PM尺寸与浓度分布测量的影响,在一台单缸柴油机上用SMPS测量装置测量了不同运转条件下柴油机PM排放,试验中采用不同的稀释比、稀释空气温度、取样点位置等,在大量的试验研究基础上,分析了柴油机PM排放的特征和主要影响因素。结果表明,随稀释比增加,PM尺寸趋向于累积模式分布或粗粒子模式分布,其浓度趋于降低;随着稀释空气温度的升高,PM质量和数量也相应降低,低负荷时PM峰值浓度移向细小颗粒的碳核模式区域;取样点位置远离排气出口,PM浓度逐渐减小,累积模式尺寸的PM数增多。