直喷式柴油机燃烧室形状对气流运动及其排放特性的影响

利用AVL公司的FIRE软件，对缩口直喷式柴油机燃烧室内的流场进行了模拟计算，分析了不同燃烧室形状对流场分布及对燃烧室涡流强度的影响，同时对柴油机的排放特性进行了对比试验研究。结果表明，不同燃烧室形状对气流的运动影响明显，通过合理控制燃烧室内的气流运动特性，可有效地改善CO、HC及NOx的排放特性。     

燃烧室形状对缸内气流运动影响的数值模拟

为研究缸内气流运动规律,探索燃烧室形状对挤流的影响,在柴油机的压缩和膨胀工况下,应用STAR CD程序对不同几何形状的燃烧室内气流运动进行三维数值模拟。计算结果表明,缩口燃烧室具有较大的挤流强度,较长的涡流持续期,涡流的分布较合理,有利于混合气的形成,可加速扩散燃烧;直口燃烧室性能相对较弱;敞口燃烧室性能最弱。燃烧室的收口程度和底部凸台的形状是影响挤流的两个重要因素。燃烧室偏心造成缸内流场的不对称,影响了混合气的形成,不利于燃烧。     

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。     

重型柴油机缩口燃烧室内流动及其排放特性

利用由AVL公司提供的FIRE软件对重型车用柴油机缩口直喷式燃烧室内的气体流动特性进行数值模拟计算分析。在此基础上,对不同缩口直径的燃烧室进行喷射系统参数的优化匹配试验研究。结果表明,采用缩口直喷式燃烧室结构,可有效地组织燃烧室内的气流运动,并通过与喷射系统参数的优化匹配,在动力性和经济性基本保持不变的条件下,有效地改善柴油机的排放特性。     

燃烧室缩口尺寸对柴油机燃烧过程的影响

基于某大功率农用柴油机,对燃烧室不同缩口尺寸下柴油机缸内燃烧和排放规律进行了仿真计算,结果发现:减小缩口尺寸可以增大缸内湍动能,有利于缸内燃气混合,促进缸内流动;减小缩口尺寸,缸内压力减小,但缸内最大压力变化不大;缸内温度则随缩口尺寸的不同而略有变化,在燃烧室结构中设置缩口可以在一定程度上改善燃烧过程,但缩口尺寸并非越大越好;对于不同缩口的燃烧室,发火时刻缸内速度场基本相同,上止点处速度场随着缩口直径的减小略有增强,当燃烧进入到缓燃期,对于缩口直径较小的燃烧室,燃烧速率迅速下降;随着缩口直径的减小,缸内NO_x最大生成量先增大后减小,而炭烟最大生成量先减小后增大;排气门打开时刻,NO_x排放先增大后减小,炭烟排放则呈锯齿形上升;热效率随缩口直径的减小先增大后减小。     

缸内高压直喷天然气发动机燃烧过程数值研究

以直喷天然气发动机为研究对象,基于正庚烷-甲烷化学动力学机理对发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟,并对NO_x,CO和炭烟的排放趋势进行了预测。结果表明:对于缩口燃烧室,随着燃烧室凹坑深度的减小和燃烧室喉口直径的增大,天然气扩散燃烧火焰的传播速度越快,指示热效率越高。在燃烧室总深度相当的情况下,直口燃烧室形成的气流运动对天然气扩散火焰传播的促进作用小于缩口燃烧室,且对于直口燃烧室,采用较小的凹坑深度和较大的喉口直径不利于天然气在前期预混燃烧阶段的火焰传播,从而导致指示热效率的降低。采用缩口设计,减小燃烧室凹坑总深度和增大燃烧室凹坑的直径会导致NO_x排放的增加,但有利于CO和炭烟的控制。因此,对于高压直喷天然气发动机,采用缩口燃烧室设计有利于热效率和排放的兼顾,但是需要各个燃烧室尺寸的合理配合。     

基于燃烧室形状的柴油机排放特性数值模拟分析

在固定柴油机压缩比和燃烧室容积的前提条件下,提出通过改变燃烧室缩口率及内部形状,实现柴油机各排放生成物量变的研究思路.运用汁算流体动力学(CFD)分析方法,对所设计的3种不同的燃烧室进行缸内工作过程的仿真分析,得出不同形状的燃烧室对缸内气相流场、温度场及排放生成物的影响规律.     

喷雾夹角影响柴油机混合气形成与燃烧的CFD研究

运用CFD软件对直喷柴油机燃烧室中的喷雾及燃烧过程进行数值计算,考察了不同喷雾夹角下燃油的雾化过程、射流的发展形态以及近壁面区域浓度场的分布情况,并将计算结果进行了对比分析。结果表明,高速的射流漩涡对混合气的卷吸能力很强,油束末端的滞止区呈现较高的浓度;喷雾夹角过大会使燃油喷溅到燃烧室壁上,过小则活塞顶隙内的空气利用不充分,均对燃烧过程造成不良影响。     

柴油机ω形燃烧室容积的计算

一、ω形燃烧室的主要尺寸参数设计直喷式柴油机燃烧室,通常采用ω形状。为了正确计算这种柴油机的压缩比,必须根据图1所示的几个主要尺寸来计算其余的尺寸和燃烧室容积。二、ω形燃烧室有关尺寸的计算ω形燃烧室除图1所示的几个主要尺寸外,其余有关尺寸如图2所示。     

正交试验设计方法在柴油机燃烧系统参数仿真优化中的应用

本文尝试在CFD模拟软件FIRE上采用正交试验设计方法,提取柴油机燃烧系统油、气、室的关键参数,即燃烧室口径比、缩口比、缩口半径、喷射锥角、涡流比,安排三水平正交模拟试验。计算结果采用方差分析进行分析,得出柴油机燃烧系统参数对发动机动力性和排放性的影响并找到较优的参数组合。     

直喷式柴油机燃烧系统三维可视化设计

本文提出一种能够实现三维可视化的燃烧室内燃油分布和喷雾着壁特性计算的方法。该方法可适于任意形状的燃烧室，能反映出喷油压力，喷油嘴结构及安装位置，进气涡流比等参数与燃烧室形状的匹配关系。对采用梅花型缩口燃烧室的ＣＡ６１１０型柴油机，进行了计算分析及实验研究，对本文的方法进行了验证。     

双卷流燃烧室燃烧特性仿真及试验研究

对双卷流燃烧室和浅盆形燃烧室进行了不同负荷工况下的三维仿真分析,并进行了对比试验。研究结果表明,双卷流燃烧室在整个负荷范围内在燃烧速率及效率上都比浅盆形燃烧室有明显的优势。证明双卷流燃烧室比浅盆形燃烧室更适用于大功率柴油机的高效快速燃烧,其燃烧室的内室在提高空气利用率及加快扩散混合速率方面具有非常显著的作用。     

高速高效的新型柴油机

<正> 最近,英国发明了一种高速高效的新型柴油机。据称这种排量为2L的发动机比普通汽油发动机所消耗的燃料少40％,而性能方面却比普通柴油机高15％,因而可以达到节油的目的。 一般地说,普通的汽车发动机都有一个“预燃室”,初始燃烧在预燃室内进行。而该种高速高效的新型柴油机是采用燃料和空气混合体直接注入燃烧室的方法。燃料和空气混合体在燃烧室里产生涡流,从而迅速地混合燃烧,致使发动机速度高达4000r/min以上。在这样高速运转的状况下,该种新型柴油机的效率比普通发动机高15％左右。     

柴油机燃油喷射

<正> 一、喷油装置的任务 柴油机中,燃油不像在汽油机中那样提前与空气混合好,而是在靠近上止点时直接喷入燃烧室内,并且是自然点火。因此,喷油装置必须完成三个任务: a.计量要喷入的油量; b.配置每循环正确的喷油定时,即随柴油机负荷和转速变化的精确喷油定时; c.在极短的可利用的时间里将燃油和空气混合,这就意味着燃油必须以非常高的能量水平进入燃烧室。 喷入柴油机缸内的油量决定了柴油机的输出扭矩,因此必须精确地控制喷油量,要求每     

非冷却单缸重型柴油机的热负荷

由于低热损失柴油机可以改善燃油经济性并降低车辆重量,因此受到研究人员的重视,其研制过程中需着重解决由严重的热负荷引起的机体复杂结构和润滑问题。 本文介绍了将分析模型与试验结果相结合来评估非冷却柴油机燃烧室周围的热流量。试验与分析结果一致表明,非冷却柴油机的总热损失与供油率大致成正比,而且在进气和压缩冲程期间,它比水冷柴油机散入大气中的热量多得多,因此其容积效率较差。 分析模型表明,绝大部份热量是通过活塞散走的,而且空气隙绝热的金属火力盖板上的立体温度变化比空气隙绝热的金属活塞顶上相应的温度变化要大得多。     

自然吸气缸内直喷汽油机气流运动的模拟分析

对一台自然吸气直喷汽油机考察了进气道的性能,模拟进气及压缩过程的气流运动,比较进气道与不同燃烧室匹配的效果。结果显示,在高流量系数、中等滚流比进气道的配合下,平顶活塞燃烧室在进气过程中形成的滚流更强,利于在进气初期喷油的均质燃烧;斜坑活塞燃烧室在压缩后期形成的滚流更强,利于在压缩过程喷油的分层燃烧。     

高速柴油机的热负荷强化度

<正> 比功率的不断提高标志着现代柴油机制造的发展水平。这就要求在设计阶段、实验研究过程中以及在长期试验和使用中特别注意对柴油机零件热负荷强化度的评价。 因为柴油机,特别是运输式柴油机经常被迫在寒冷地带、炎热的沙漠地区和高山地区工作,处于进气空气极其稀薄(如因空气滤清器堵塞)和过高的排气背压的条件下,因而需要判断柴油机零件在使用条件下的热负荷强化度,总之,所有这些因素将导致气缸空气的质量充量改变,工作过程的动力特性改变,并使柴油机零件的热负荷强化度增高。其结果使柴油     

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。     

高负荷活塞材料性能改善的试验研究

分析了活塞工作压力与工作温度对活塞失效的影响,阐述了活塞燃烧室喉口部位失效模式(机械失效与热机械失效)及失效机理。对普通铸造活塞和局部重熔活塞进行了对比试验研究,从显微组织方面进行了破坏机理的对比分析,指出局部重熔处理工艺可细化材料的微观结构颗粒,降低了材料对微观塑性变形开裂的敏感性,延长柴油机活塞的使用寿命。     

两类车用柴油机的性能对比试验及计算分析

在同一柴油机上通过更换有关零部件分别构成涡流室燃烧室和半开式燃烧室，对这两种类型燃烧室的柴油机性能进行了对比试验，并对试验结果进行了定量比较与计算分析。