特种车辆柴油机在不同海拔高度的性能预测与分析

以Hiroyasu喷雾和燃烧模型为基础,建立了适应不同海拔环境的特种车辆增压柴油机模型,并利用平原台架试验和海拔3 700 m实车试验对计算结果进行了验证。计算了该柴油机在0～5 000 m海拔实际运行时的动力性、经济性和排放性,预测了不同环境下柴油机热负荷、机械负荷主要参数的变化规律。结果表明,当海拔高度为5 000 m时,柴油机动力性、经济性比平原恶化10%以上;柴油机缸内燃烧温度峰值上升235℃以上,涡前排气温度最多增加150℃左右;最大压升率比平原升高15%以上,NOx排放减少,碳烟排放剧增。     

后喷参数对柴油机燃烧与排放特性的影响

本文中研究了某电控高压共轨柴油机,在两种不同工况下,后喷参数对发动机的燃烧、排放和油耗的影响规律。结果表明,引入后喷对缸内压力无明显影响,放热率曲线出现二次尖峰,缸内平均温度降低;随着喷油间隔的增大,二次放热率峰值逐渐后移,Soot排放先降后升,喷油间隔对NOx和油耗无明显影响;随后喷油量增加,主燃烧段放热率峰值下降,二次放热率峰值上升,Soot和NOx排放均降低,油耗稍有上升。     

燃空当量比对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响北大核心

基于一款经柴油机改装的缸内直喷点燃式甲醇发动机,使用三维流体动力学模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,研究了不同燃空当量比对缸内混合气浓度分布、燃烧特性及未燃甲醇和甲醛排放的影响。结果表明:当燃空当量比增加时,缸内最高燃烧温度、最高燃烧压力及放热率峰值均显著升高,甲醛和未燃甲醇排放均得到改善;当燃空当量比从0.33增加到0.67时,最高燃烧压力、燃烧温度和放热率峰值分别增加65%,72%及51%;燃空比超过0.4时,未燃甲醇及甲醛排放急剧减小,且主要集中在气缸壁附近。     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。     

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.     

废气再循环对高比例甲醇双燃料柴油机燃烧过程的影响

在4B26增压柴油机上,以进气管电控喷射的方式掺入甲醇,实现甲醇/柴油双燃料的燃烧。采用废气再循环技术拓宽高比例甲醇双燃料柴油机的工况范围,研究EGR对燃烧过程的影响规律。结果表明:适当的EGR率可以显著降低燃烧初期时的燃烧反应速度和加速度,缸内燃烧压力振荡明显减弱。随着EGR率的增加,甲醇/柴油预混合燃烧量减少,滞燃期缩短,燃烧持续期延长,燃烧最高温度降低;原甲醇/柴油双燃料燃烧放热以预混放热为主;引入EGR后,预混放热量减少,扩散放热量增加。随着EGR率的增加,放热率峰值降低;在相同工况下,保持掺混48%甲醇不变时,甲醇/柴油双燃料发动机的指示热效率随EGR率的增加而降低。     

柴油机燃用甲醇—生物柴油—柴油微乳化燃料燃烧特性分析

在柴油机结构不做改动的情况下,基于燃烧示功图的分析,定量研究了甲醇含量对燃烧压力、压力升高率、燃烧放热规律和循环变动量的影响。结果表明:甲醇的含量越大,滞燃期越长;燃烧压力和最大压力升高率均增大且出现的位置后移,其中燃用M15最大压力升高率接近0.45 MPa/°CA;累积放热率达到95%时,燃用柴油为上止点后55°CA,燃用M5和M10为上止点后53°CA,燃用M15为上止点后57°CA,位置差别不大。甲醇含量增加,柴油机循环变化量增大,燃用M0的COVpmi为1.61%,燃用M10的COVpmi为1.82%,燃用M15的COVpmi为3.32%。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油的燃烧特性

针对1台大排量电控高压共轨柴油机,在发动机结构和参数不作变动和调整的条件下,研究了5种不同生物柴油含量的混合燃料(B0,B10,B15,B20和B30)对发动机燃烧特性的影响。结果表明,随着燃料中生物柴油含量的增加,燃烧始点、燃烧终点、放热重心逐渐提前,滞燃期和燃烧持续期有所缩短,发动机的缸内最高燃烧压力和放热率峰值逐渐降低,所对应的相位逐渐提前。生物柴油含量对缸内最高燃烧压力影响较小,而对放热率峰值影响较大,在大负荷工况下对放热率的影响更加明显。     

共轨柴油机燃用柴油-异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性

在1台高压共轨柴油机上研究了柴油-异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性。结果表明：在不同发动机负荷和不同EGR率下,与柴油相比,柴油-异丙醇混合燃料的滞燃期明显延长,预喷燃料峰值放热率增加,主喷燃料峰值放热率略有降低,中高负荷下扩散燃烧强度明显增加,峰值缸内平均温度增加;NO_x排放略有增加,炭烟排放、颗粒物数量浓度和体积浓度均显著降低。与燃用柴油相比,柴油-异丙醇混合燃料联合EGR可以同时降低NO_x和颗粒物排放。     

正丁醇-柴油对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

通过配制不同正丁醇掺混比例的正丁醇-柴油混合油,在不改变供油提前角和燃油系统的条件下,测量了柴油机燃用正丁醇-柴油混合油的气缸压力、放热率以及NOx、炭烟等排放污染物,探讨了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧过程的影响规律,分析了正丁醇对排放污染物的作用过程。结果表明:正丁醇掺混比例为0%,5%,10%时,低转速、低负荷工况下,缸内最大燃烧压力分别为6.2MPa,5.9MPa和5.8MPa,与燃烧柴油相比略有降低;高转速、高负荷工况时,缸内最大燃烧压力分别为7.5 MPa,7.6 MPa,7.7 MPa,与燃烧柴油相比稍有增加;随着正丁醇掺混比例增加,柴油机的CO和HC排放升高,在中低负荷下NOx排放有所降低,高负荷时升高明显,平均增加了6.4%,炭烟排放降低明显,燃用正丁醇添加比例为5%和10%时,在高负荷下炭烟分别下降了25%和36%。     

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。     

高原环境下油品对柴油机燃烧特性的影响研究

在模拟高原条件下,针对3种不同品质的柴油(十六烷值和馏分)对某增压柴油机的燃烧特性的影响规律进行了研究分析,并据此简要分析在高原运行时出现活塞烧蚀故障与所用油品的关系。结果显示:目前在用柴油由于其十六烷值低,柴油不易被压燃着火,滞燃期长,且初馏温度低,柴油容易蒸发,预混合燃烧期内积累的热量多,造成缸内压力的升高速率增大,燃烧过程粗暴;海拔升高,空气密度下降,柴油的着火时间延长,燃烧速度加快,最大压力升高率增大,由此产生强烈的热负荷和机械负荷冲击,容易造成活塞烧蚀。     

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。     

柴油机HCCI压缩过程缸内工质状态的模拟研究

分析了均质充量压燃(HCCI)的一个技术难点,即燃烧始点的控制,指出其燃烧两阶段性对应着放热的两阶段性。建立了HCCI柴油机早期缸内燃油喷射的压缩模型,通过对R4102柴油机的模拟计算,获得了压缩过程缸内工质T-p变化历程;从低温放热和高温放热分析了进气温度T0、过量空气系数a以及压缩比cε等因素对HCCI燃烧始点的影响。     

缸内直喷LNG发动机燃烧过程测量分析

将1台直列4缸汽油机改装为缸内直喷LNG发动机,用自行开发的发动机工作过程测量分析系统测量其缸内压力.分析了标定转速和最大扭矩转速下最高燃烧压力、压力升高率、缸内温度的变化,并计算分析了其放热规律.结果表明:与汽油机相比,改装后的天然气发动机燃烧较慢,后燃现象较严重;最大扭矩点的最大压力及最大压力升高率大于标定点;转速...     

点火时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在1台由1130单缸柴油机改造而成的直喷火花点火甲醇发动机上,利用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283K,研究了点火时刻对甲醇发动机低温(266K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:提前点火时刻能够使缸内混合气得到较充分燃烧,减少未燃甲醇排放,当点火时刻由8°BTDC提前到11°BTDC时未燃甲醇排放显著减少;提前点火时刻能够降低甲醛排放,当点火时刻提前到17°BTDC、缸内最高燃烧温度超过1 300K时,甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

柴油微引燃乙醇发动机燃烧、性能及排放特性研究

柴油微引燃乙醇发动机采用进气道喷射乙醇、缸内直喷微量柴油引燃的方式进行燃料供给。基于单缸四冲程柴油机,对其燃烧、性能及排放特性进行研究,固定引燃柴油喷射量为发动机能实现压燃着火的最小值,在进气压力为0.15 MPa时比较不同乙醇喷射量的工况组,通过改变柴油喷射时刻进行工况扫描。结果表明,引燃柴油的喷射时刻对发动机的燃烧、性能和排放影响显著。柴油微引燃乙醇发动机在中高负荷能够稳定运行,指示热效率可达34%以上,通过适当调节柴油喷射时刻,可以有效控制未燃碳氢(UHC)、NO_x与CO排放,同时可以实现极低的炭烟排放。柴油微引燃乙醇发动机燃烧模式为预混合或部分预混合燃烧,燃烧有两阶段放热特征,改变引燃柴油喷射时刻,可以有效控制燃烧相位。     

当量比对CNG发动机动力及排放性能的影响

为了研究缸内直喷稀燃CNG发动机在不同当量比条件下的动力及NO排放性能,利用AVL Fire建立了发动机仿真模型,通过样机试验确定了仿真初始参数和边界条件;通过软件仿真发现了气缸内微观三维物理场与缸内压力、燃烧放热率和NO生成量间的内在联系,总结出了CNG发动机中导致NO快速生成的因素,并给出了能够在保证发动机动力性提升的同时降低NO生成量的最优当量比范围。     

进气阻力对柴油机性能影响的试验研究

为提高增压柴油机的装车适应性,对压气机前进气阻力对缸内燃烧过程和整机性能的影响进行了试验研究。试验结果表明,随着进气阻力的升高,压气机运行效率降低,燃烧持续期变长,从而影响了整机综合性能,且整机性能随进气阻力的变化基本呈规律性变化。