关于柴油机放热率和燃烧率的计算方法和影响误差的主要因素

<正> 在对柴油机燃烧进行分析时,按示功图分析放热率或燃烧率,并通过高速照相来观察和比较燃烧情况,这当然是非常重要的方法。 以前,虽然按照热力学第一定律建立了计算放热率的方法,可是详细研究起来,似乎还存在许多问题。 另外,在计算时不仅计算方法,而且由于各种输入数据也往往会产生较大的误差,因此有必要弄清这些误差的程度。 本文首先着眼于计算放热率的几个因素,并研究了这些因素对计算精度的影响。也就是对气缸里气体温度和成分变化、比热比的选取方法,以及按气缸里的气体匀相(单层)或非匀相(多层)计算放热率的方法等进行了研究。     

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。     

进气涡流对柴油机传热和燃烧的影响

本文介绍改变进气涡流，分别用快速响应蒲膜式热电偶实测柴油机缸盖壁面3个典型位置的瞬态温度，用压电晶体传感器测量缸内压力。在实测基础上，根据沿竖壁一维导热模型和热力学定律，分别计算了不同进气涡流比时缸盖壁面的局部瞬态传热率和燃烧放热参数，同时进行了详细分析。研究得到了进气涡流对局部位置瞬态传热影响的基本规律，并表明有一个中等进气涡流比对燃烧最为有利。     

提高涡流室柴油机经济性的研究

本文根据实测的涡流室柴油机主、副室示功图计算了各自的放热规律，通过分析，认为对涡流室柴油机燃烧系统进行优化匹配可改善放热规律从而提高经济性。通过应用正交实验这一科学方法研究燃烧系统主要多数匹配，可得到兼顾不同工况的合理匹配方案，显著地提高了涡流室柴油机全负荷和部分负荷时的经济性。     

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。     

直喷式柴油机进气道稳流试验台参数的测定

测量模拟气缸内的涡流转速有叶片风速仪和动量计2种方法。利用2气门6110柴油机进气道石膏芯盒进行了试验研究。在使用叶片式风速仪测量模拟气缸内的涡流转速时,分析叶片形状、安置位置可能带来的影响;在一般使用的“定压差法”稳流试验中,从气体流动满足完全发展湍流状态的理论出发,分析了确定模拟气缸内压差值的估算公式。     

车用柴油机放热规律与燃烧噪声的关系

对1台车用高速高压共轨柴油机进行了不同负荷、不同转速以及不同喷射参数工况下的缸内压力测试,通过分析燃烧放热规律对气缸压力变化的影响,对燃烧放热规律与燃烧噪声的关系进行了研究。研究结果表明:燃烧噪声不仅与最高气缸压力和最大压力升高率有关,还与各自相位的间隔有关;负荷对发动机燃烧噪声的影响较大,转速对燃烧噪声的影响主要体现在频率范围变化;通过改变喷射参数可以改变柴油机的燃烧噪声水平。     

汽油机射流燃烧室的燃烧模拟计算

在介绍汽油机射流燃烧室过程的三区燃烧模型的基础上，与计算焰前氧化放热过程的简化化学动力学模型相结合，对射流燃烧室爆震进行了预测。通过燃烧模拟计算进一步证明了射流燃烧室的优越性，并为进一步研究燃烧过程提供了有效的工具。     

可变涡流进气系统及其对柴油机性能和排放的影响

研制具有控制涡流副气道的可变涡流进气系统,是用于研究如何控制进气流入气缸的角动量,同时研究这种可变涡流进气系统对直喷式柴油机性能及排放量的影响。 较低的涡流可以减少初始阶段的燃烧量(在整个发动机转速和负荷范围内,这一阶段燃烧,是与NOx徘放量,最大气缸压力和缸内压力升高率有关的)。因此,在高速或部分负荷时,低涡流可提高燃料消耗率并降低NOx排放量。 带有这种可变涡流进气系统的涡轮增压中冷发动机,根据发动机的不同情况,选择最佳涡流强度,可以得到较高的低速扭矩、较高的功率和较好的冷起动性能。     

用激光多普勒测速仪测量气缸内涡流速度

英国泼金斯发动机公司(Firma Perkins Engines Ltd,Peterborough)与英国牛津原子能研究所(AERE Harwell)合作,用激光多普勒测速仪测量了发动机气缸内的涡流速度。测量结果表明,直到压缩行程终点,基本形成刚体性涡流(K(?)rperwirbel),涡流中心随曲轴转角而变。在压缩行程时,随着活塞向上死点运动,紊流度逐渐变小。文中还将测量值与相应的稳定流动计算值进行了比较。     

用于研究柴油机进气涡流的水模拟测试系统

主要介绍了一个针对 115 0G单缸柴油机进气道结构的进气涡流水模拟装置和一套用于测量二维流场的激光粒子速度场仪 (PIV) ,用它们来测量旋流器在气缸内产生的涡流流场 ,目的是为研究旋流器在气缸内产生涡流的能力和涡流在缸内的发展情况。其中旋流器是作者设计的一种用于 4气门、短直气道发动机产生进气涡流的装置。     

EGR和喷射参数对CRDI生物柴油发动机燃烧特性的影响

研究试图对喷油压力、喷射时间和废气再循环(EGR)比对燃烧特性、粒度分布和排气的影响进行比较研究。在共轨直接喷射(CRDI)柴油发动机中使用的废弃食用油(WCO)产生的生物柴油排放量。结果表明,喷射时间对缸内压力和放热率有明显的影响,这俩随着喷射时间的延迟而降低,但在不同的喷射时间下喷射压力对不同的参数则影响不大。在不同工况下,气缸内压力峰值和放热率与EGR率的变化趋势基本相似,20%EGR率时得到最高值。     

柴油机燃烧的数学模型

叙述了直喷式柴油机内可控混合气不均匀燃烧的基本模型。 在一个定容、高压、高温罐内进行了喷注发展的基础研究。单根油注瞬时喷射为喷注混合方程式提供了数据。这些方程式应用于柴油机燃烧模型。 该模型是以油注的而不是以油滴的燃烧为基础的。叙述了由于燃油—空气混合而形成的“N”燃烧区域的扩展。还考虑到新鲜空气和未燃富混合物区域。把守恒方程式应用于这些区域,得到区域成分,温度和气缸压力。同时还进行了氧化氮的动力计算。 算出的气缸压力和排气中的NO总量,在发动机各种工况下与实测值极为相符。讨论了不同输入值对模型的敏感性。表明它可用来予估参数。提出了包括碳烟形成和碳氢化合物排放物模型的一套假想。     

催化燃烧应用于均质压燃发动机的几种计算模型

通过耦合DETCHEM软件包及CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对活塞顶及活塞冠周边涂有催化剂的HCCI发动机燃烧过程进行了数值计算,建立了多区模型。针对在处理缝隙区存在催化剂时出现的一些问题,提出了4种不同的计算模型,对比分析了这4种计算模型与基准模型在缸内温度、放热率和HC,NOx以及CO排放等方面的差别。     

一些重要变量对直喷式柴油机放热率测量值的影响

放热图是根据一台研究用里卡图E16自然吸气直喷式单缸柴油机（缸径121mm,行程140mm）上测得的气缸压力数据推算出来的。这些数据包含范围很广的发动机制造条件和工作条件，并表明了不同的涡流、喷油率和活塞顶凹腔燃烧室形状的影响。还研究和讨论了无涡流时各种发动机转速的影响。结果表明，涡流和燃烧室形状的影响比喷油率的影响稍小一些。同时也表明，发动机转速对燃烧率有很重要的影响。     

直喷柴油机低压缩比双壁面反射燃烧系统快速燃烧的试验研究

本文除在先前对低压缩比直喷柴油机双壁面反射燃烧系统试验研究的基础上,扩展试验内容,以进一步验证该燃烧系统的优势和良好效果之外,着重对该燃烧系统的快速燃烧这一特征进行了试验研究。结果表明:采用该燃烧系统,在全工况范围内降低了气缸爆发压力和NOx排放,改善了低速油耗率和烟度排放,只是在高速区指示热效率降低,油耗率略有增加。通过外特性工况瞬时放热率在中高速区呈单峰趋势和累积放热率5%~70%对应的曲轴转角θ5~θ70范围内与原机有相同的燃烧速率,证实了低几何压缩比的双壁面反射燃烧系统仍具有快速燃烧的特征。     

富氧燃烧发动机缸内过程试验研究

提出汽油发动机富氧燃烧技术,在单缸化油器式汽油机上进行富氧燃烧试验。利用燃烧分析仪对相同负荷状态下不同氧气浓度富氧燃烧时发动机的燃烧特性进行分析。当进入气缸助燃的空气中氧气浓度增加到24%时,气缸的最大压力升高15%,最大压力发生时刻提前,燃油放热增加,开始放热时刻提前,燃烧过程的循环变动量降低,燃烧稳定性提高。同时利用尾气分析仪对怠速状态下不同氧气浓度富氧燃烧发动机的尾气进行监测,检查发动机排放的变化。试验结果表明,富氧燃烧发动机尾气中HC和CO浓度大大降低,NOX浓度升高。     

基于缸压信号的柴油机NOx排放建模

在1台缸内直喷、增压中冷柴油机上建立了基于缸压信号的NOx 排放经验模型。利用iCAT采集缸压信号,基于缸压信号计算得到燃烧放热率、燃烧累计放热量,建立了零维双区燃烧模型并由此得到了全局温度、未燃区温度和已燃区温度。结合NOx 的生成机理,从燃烧过程曲线中提取了与NOx 排放相关的燃烧状态参数,并根据固定工况试验分析了燃烧状态参数与排放的相关性,结果表明最大缸压、最大压升率、最大燃烧放热率相位、50％燃烧放热量相位、已燃区最高温度和高温NO生成面积与NOx 排放具有强相关性,可以作为NOx 排放模型的输入。进行了稳态多工况建模和验证试验,根据建模试验建立了NO x 排放的二次多项式模型,通过验证试验验证了所建排放模型的预测精度。结果表明,基于缸压信号的NOx 排放经验模型结构简单,预测精度高,可写入iCAT中用于NO x 排放的实时预测。     

研究涡流气道的一种新方法

本文叙述根据直接测量气缸充量的角动量以确定内燃机中涡流的一种新方法。规定了相应的涡流参数,并且论述了它与常规涡流参数的关系。 发动机试验证明:涡流参数是控制直接喷射式柴油机燃烧的气流特性。用带有活动进气道的气缸盖和带有两个涡流进气道的气缸盖作为例证论述了对燃烧系统涡流的最佳调整。本文说明了这种新方法在理论上和实用上都是有利的。     

改变缸内涡流降低车用柴油机NOx和微粒排放

用喷气式可变涡流进气系统改变车用柴油机气缸内的涡流水平，研究了涡流对柴油机微粒（PI）和NOx排放的影响。结果表明，适度降低低速小负荷工况的涡流水平，在对PT排放影响不大的情况下，可以有效降低NOx的排放量；低速大负荷工况，适度提高气缸内的涡流水平，在不至于过在提高NOx排放的情况下，可以有效降低PT排放量，中速工况涡流水平的变化对PT排放量影响不大，而降低中速小负荷工况气缸内的涡流水平，可以有效降低NOx的排放量。降低高速工况气缸内的涡流水平，可以同时降低PT和NOx的排放量。