高压共轨船用柴油机燃烧与排放数值研究

为研究高压共轨船用柴油机燃烧与排放特性,应用CFD软件fire对某型船用柴油机喷雾燃烧进行了三维数值模拟。计算得到了不同轨压和不同喷油提前角下的燃油液滴分布、当量比分布、缸内燃烧温度和压力分布,以及NOx和soot质量分数分布等,同时还得到了油耗与指示功率值。对比研究了共轨压力和喷油提前角对燃烧和排放的影响。     

掺烧生物柴油耦合EGR对柴油机性能的影响及优化

为探究掺烧生物柴油耦合废气再循环（EGR）技术对柴油机燃烧和排放性能的影响，基于TBD234V6型柴油机，运用AVL-fire软件建立仿真模型，对柴油机在75%中高负荷下运行时，0%、5%、10%和15%等4组不同EGR率与10%、20%、30%和40%等4组生物柴油掺混比进行仿真分析。仿真结果表明：在相同EGR率下，随着生物柴油掺混比增大，爆压、CO排放量和Soot排放量均呈下降趋势，NO排放量明显上升，当掺混比为40%时，柴油机各项性能值相比原机变化最为明显，爆压下降约16.3%,CO排放量下降约34.2%,Soot排放量下降约92.8%,NO排放量升高约35.7%；在相同掺混比下，随着EGR率的增大，爆压下降且滞后，NO排放量下降，当EGR率为15%时，相比掺混比为40%、EGR率为0的情况，爆压下降1.3%,NO排放量下降49.9%。通过增大喷油提前角对掺烧生物柴油耦合EGR技术进行优化，选取喷油提前角为29°CA、27°CA、25°CA、23°CA和21°CA进行研究。优化结果表明：增大喷油提前角有助于提升掺烧生物柴油耦合EGR技术的动力性，降低Soot和CO排放，当掺混比为...     

喷油正时对柴油机燃烧和排放性能影响的试验分析

试验分析喷油正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。分析表明:喷油正时对柴油机燃烧和排放性能有着显著影响,随着喷油正时提前,缸内燃烧压力升高,压力升高率峰值增大,燃烧放热率峰值增大、燃烧始点提前,缸内燃烧温度升高;NOx排放随喷油正时提前明显升高,说明喷油正时滞后是降低柴油机NOx排放的有效措施。试验结果可为柴油机电控参数标定提供参考。     

运行参数对双燃料船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究运行参数对天然气-柴油双燃料船用发动机燃烧和排放的影响,运用AVL_FIRE仿真软件基于4190Z_LC-2型船用中速柴油机,构建燃烧室高压循环模型。通过将仿真数据和台架试验得到的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。采用模型仿真,研究运行参数对燃烧和排放性能的影响。结果表明:天然气替代率可以明显改善NO的排放,过高的替代率会降低指示功率,损失部分动力性;提高进气温度可改善燃烧质量,合适的进气温度可以改善动力性和经济性;提高进气压力有增压效果,适当提高进气压力可获得较好的动力性和排放性;喷油提前角的增大,会延长滞燃期,缩短后燃期,而合适的喷油提前角可以避免工作粗暴,改善柴油机动力性。     

喷油参数对船舶电控柴油机黑碳排放的影响规律及权重分析

为了给船舶黑碳减排提供参考,基于台架试验分析喷油正时、共轨压力、预喷油量、主预喷间隔角等因素对船舶柴油机黑碳排放的影响规律,通过随机森林算法计算各影响因素的权重,结果表明:喷油正时和共轨压力对黑碳排放的影响呈"浴盆曲线"型,最佳喷油正时随轨压的增大而减小,最佳共轨压力随喷油正时的增大而减小;预喷油量由3 mg/cyc增至10 mg/cyc时,黑碳排量降低了30%～36%,主预喷间隔角增大时,黑碳排量整体先减小后增大;喷油参数中轨压对于黑碳排放的影响权重最大,喷油正时次之,预喷油量和主预喷间隔角的影响权重最小。     

柴油机燃烧新模式研究

柴油机最重要的关键技术之一是燃油的燃烧和废气的排放.影响燃油燃烧和废气排放的最主要因素之一是油气混合质量.油气的混合质量又取决于进气气流流动线路和喷油压力、时间(提前角)等.优化燃烧条件是促进完全燃烧,改善和降低有害气体和颗粒排放的前提.三重旋转切变风进气模式是一项原创性新技术,是优化燃烧条件新的选择.加大喷油提前角和喷油压力是促进物理准备过程的另一重要因素.改进设计进气阀和进气阀在缸头的空间布置是主要技术措施.     

不同喷油正时对双燃料发动机燃烧性能的影响

为了研究双燃料发动机缸内燃烧情况及其排放特性,本文以4135ACa型高速柴油机为基础研究对象,利用商用CFD软件FIRE对其进行一定燃气工况下的数值计算,通过导入CHEMKIN所构建的化学动力学机理与喷雾破碎、湍流流动等基础模型相结合,构建了发动机的三维工作过程,并分析了不同喷油策略对该工况下发动机燃烧及排放的影响。结果表明随着喷油提前角的减小,燃烧放热规律整体后移,缸内爆发压力与温度随喷油提前角减小而减小,但是瞬时放热率均大于纯柴油。在喷油提前角为4℃A BTDC时,缸内爆发压力接近纯柴油状态,NOx排放量与纯柴油工况相近,当喷油提前角为2℃A BTDC时,NOx排放满足要求,但缸内平均温度仍比纯柴油模式要高。     

不同供油提前角对船用柴油机排放的影响

本文建立T6138ZLCZU直喷柴油机计算模型,模拟研究不同供油提前角对船用柴油机排放的影响,并通过实验实测了不同供油提前角下船用柴油机的排放。研究结果表明:随供油提前角的增大,缸内温度和缸内压力都有所增高,NOx的排放量增加,碳烟的排放量减少,最终生成的碳烟的平均粒径变小,供油提前角的变化对最终生成的碳烟平均数密度影响较小;PM排放与NOx排放之间呈现出此消彼长的相互关系。本文研究为柴油机喷油参数优化提供参考,为进一步降低柴油机排放提供理论依据。     

基于正交设计的船用柴油机燃烧系统参数匹配及优化

为研究柴油机燃烧系统参数匹配对柴油机动力和排放性能的影响,首先分别利用AVL_BOOST和AVL_FIRE仿真软件建立4190ZLC-2型船用柴油机整机模型和缸内燃烧高压循环模型,然后基于已建模型应用正交试验设计方法安排柴油机进气系统、喷油系统和燃烧室结构尺寸参数匹配仿真计算。研究结果表明,通过极差分析可以得出燃烧系统参数对4190ZLC-2型柴油机性能的影响主次顺序。以柴油机指示功率为评价指标时,参数组合0.26 mm-28°CA-160°-0.9-145 mm-2.6 mm-22 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的指示功率为63.40 k W,比原机仿真值高15%;以NOX排放为评价指标时,参数组合0.30 mm-24°CA-140°-0.4-135 mm-6.6 mm-14 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的NOX排放质量分数为0.015 7%,比原机仿真值低30.2%。     

一种电喷柴油机喷油提前角连续修正方法

为改善电喷柴油机的燃烧质量,在分析喷油提前角对燃烧过程及参数影响的基础上,提出以单缸排气温度和扫气温度最低值为参照指标的喷油提前角单缸连续修正方法(双低法)。以瓦锡兰RT-Flex型柴油机为试验对象,在运营中的实船上进行喷油提前角单缸连续修正,记录相关数据并与其他航次进行对比分析,证明该方法可显著提高经济性,主机状况也得到明显改善。     

某490增压柴油机燃用二甲醚燃料的性能计算与分析

应用CFD软件STAR-CD,建立了某490增压柴油机燃用二甲醚的燃烧模型.在额定功率下,计算了二甲醚在不同喷油提前角时缸内温度、压力、NOX随曲轴转角的变化情况.结果表明:柴油机中燃用二甲醚燃料NOX排放浓度显著降低.通过对上止点前5°,7°,9°时不同喷油始点的计算表明,提前角增大,NOX生成量增加.为二甲醚燃料的推广使用与燃烧系统的优化提供了参考.     

基于国四排放非道路柴油机喷射系统的优化试验

基于非道路378型柴油机,采用不同的轨压、主喷正时、预喷油量和预喷-主喷间隔,进行非道路柴油机八工况的喷油参数优化试验.试验结果表明:随轨压的增加,NO_x排放增加,烟度和有效燃油消耗率不断减小,HC排放先降后升;随主喷提前角的增大,NO_x排放增加,烟度、HC和有效燃油消耗率不断减小;随预喷油量的增大,NO_x、烟度和有效燃油消耗率先降后升,HC排放不断增加;随着预喷-主喷间隔角的增大,NO_x先降后增,烟度不断下降,HC和有效燃油消耗率不断增加.综合考虑排放和经济性,确定了八工况下的喷油参数的优化值,八工况稳态测试循环测量结果:NO_x+HC为6.32g·(kW·h)~(-1),PM为0.169 g·(kW·h)~(-1),满足非道路国四排放限值要求.对于非道路柴油机,采用较高的轨压、较小的主喷提前角、少量预喷油量及较短的预喷-主喷喷油间隔,可优化燃烧过程,降低排放,提高经济性.     

柴油机掺烧生物柴油结合进气道加湿技术及喷油提前角优化

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术及喷油提前角优化对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型进行研究.选取柴油机在75％中高负荷工作时,生物柴油掺混比为40％通过设置0.5～2.5共5组不同水油比做仿真分析.结果表明:在生物柴油掺混比为40％(B40)时,随水...     

EGR及进气压力对双燃料发动机燃烧和排放的影响

为解决船舶柴油机排放的NOx、soot和CO等污染物过多的问题,以济南柴油机厂出产的4190ZLC-2型船用中速机为研究对象,运用AVLF FIRE软件构建双燃料燃烧室模型,并验证该模型的准确性.通过仿真试验研究甲醇掺混比为20％的情况下,不同EGR率和进气压力对柴油机燃烧、排放和动力特性的影响,保证在柴油机正常燃烧性能情况下得出最佳的EGR率和进气压力.研究结果表明:EGR引入并配合混合燃料能大幅降低NOx排放量,可满足国际海事组织TierⅢ排放标准;放热率曲线会随着EGR率的增大而后移,且峰值增加,同时柴油机的动力性有不同程度的下降.在EGR的基础上适当提高进气压力不仅能优化柴油机动力性,而且可进一步降低NOx、soot和CO排放.经分析,当掺混比为20％、EGR率为10％时,NO排放较原机排放降下76.9％,soot排放量降低40.7％,指示功率降为51.26 kW;当进气压力提高至0.213 MPa时,指示功率增大至52.88 kW,柴油机的动力性得到优化.     

基于正交-主元分析的柴油机燃烧参数匹配优化

为解决船用柴油机改造之后运行参数的组合问题,利用AVL-FIRE软件耦合CHEMKIN建立天然气-柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型,并采用原机进行验证。以指示功率和NOX生成量为优化目标,采用正交试验法对燃烧参数匹配进行仿真试验。采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相对比,并最终代入模型中进行检验。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。优化后的柴油机运行参数为:天然气替代率45%;进气压力0.224MPa;废气再循环(EGR)率12.5%;进气温度335.15 K;喷油提前角22.7°。对应的指示功率为37.83 kW,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有效降低NOX排放。     

喷油提前角及孔径对二甲醚/柴油发动机性能的影响

为了研究二甲醚/柴油双燃料发动机在不同喷油提前角及喷孔直径下的缸内燃烧特性和排放性能影响，以电控改造后4190Z_LC-2型中速柴油机为试验平台，建立仿真模型，并验证其准确性。结果表明：喷油提前角从16.6°CA BTDC增加到22.6°CA BTDC，缸内压力和温度曲线增大，放热率前移，但其峰值有所下降。通过缸内速度场和温度场云图可知，速度场分布规律与缸内压力和温度曲线相同，温度场升高速率提升，油气混合更为充分，提高了发动机动力性，同时NO排放显著增加，CO排放无明显变化，CH₂O排放略有降低。随着喷油孔直径减小，油束形成更为细小液滴，蒸发雾化过程速率加快，喷入缸内气体混合更加充分，燃烧更旺盛，缸内爆发压力和最高温度都呈上升趋势。缸内湍流动能增大，提升混合气体的质量。缸内温度小幅上升，soot排放得到抑制，NO排放略有增加，指示油耗率出现先减少后增加趋势，指示功率则是先增加后减少。该研究对DME/柴油发动机性能研究提供理论基础。     

柴油机掺烧气体燃料的低负荷性能试验研究

采用试验方法研究柴油机低负荷工况掺烧LPG和CNG燃料的经济性和排放性能,探讨气体燃料掺烧比例、喷油提前角和压缩比对低负荷性能的影响,研究表明,柴油机低负荷掺烧气体燃料会导致燃烧室温度下降、燃烧不良、经济性下降和HC排放急剧增加,因此,减少气体燃料掺烧比例、增大喷油提前角、减小喷油器的喷孔直径和适当增大压缩比,有利于改善柴油机掺烧气体燃料的低负荷性能。     

低速柴油机中压共轨参数对喷油特性影响的模拟计算与分析

为了适应未来的排放法规和改善发动机的性能,考虑采用共轨式电控喷油系统以提高柴油机整体性能、降低排放污染。针对市场上某主流型号低速船舶柴油机,利用流体动力学仿真软件对该机型的中压共轨式喷油系统与两级阀式喷油器建立仿真模型,分析并总结系统中的关键参数对燃油喷射特性的影响。     

RT-Flex型船用低速机燃油喷射控制系统性能仿真研究

以RT-Flex型船用低速柴油机高压共轨燃油喷射系统为研究对象。利用AMESim软件建立其高压共轨燃油喷射系统的仿真模型,在验证仿真模型精度后,利用开发的仿真模型研究关键参数对高压共轨燃油喷射系统性能的影响。研究结果表明,油量活塞直径和针阀升程的增加会增大喷油压力和喷油率;高压油管直径的增加在增大喷油压力和喷油率的同时也显著地增加了喷油持续期;增大喷孔直径会使喷油率明显增大,而喷油压力略有降低。     

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。