光源前置消光法测量缸内碳烟瞬态生成过程

开发了一种全新的碳烟测量方法——光源前置消光法(FILE),并进行了台架开发和标定试验.结果表明,FILE测量碳烟仅需一个光学窗口且激光两次穿过碳烟生成区域,因此更适用于结构位置紧凑的发动机缸内测量.采用高速摄像机拍摄了柴油燃烧过程中碳烟情况.表明:碳烟高密度区主要集中在油束下游火焰中心区和缸壁附近低氧区域;环境温度为...     

支持直接喷射汽油机欧6开发目标的缸内和循环可辨颗粒生成的评估

预混合理想配比进气充量的燃烧是不会生成碳烟颗粒的。因此,为了满足颗粒排放目标,直接喷射火花点燃汽油机的开发目标是要提供预混合的进气充量来避免或最大限度地减少碳烟颗粒的生成。发动机开发不仅需要有精确的颗粒排放测量仪,而且还需要能在所有相关试验工况下识别缸内颗粒生成源的传感器和测量技术。通过记录火焰辐射信号,以及对这些预混合扩散火焰特征信号的分析,就可以进行这种识别。介绍能在标准发动机和整车试验程序下应用的测量技术和分析方法,以尽量减少发动机瞬态运转时会生成碳烟颗粒的燃烧方式。     

基于碳烟粒径分布预测的柴油燃烧机理构建与氧含量影响研究

为预测柴油机碳烟排放的粒径分布，选用90%摩尔分数的正庚烷和10%摩尔分数的甲苯作为柴油替代物，分别构建气相动力学机理和表面动力学机理，并将二者耦合，构建成柴油替代物机理（简称HTS机理），将HTS机理结合矩量法数值模型进行了机理验证，并通过改变进气发动机进气氧的体积分数，进一步研究了氧浓度对碳烟粒径分布的影响。研究结果表明，在滞燃期、层流火焰速度、预混火焰关键组分、预混火焰碳烟粒径分布、柴油机缸压与放热率以及柴油机排放物生成等方面，应用HTS机理计算的模拟值与试验值基本一致。使用HTS机理研究氧浓度对碳烟粒径分布的影响表明：随着氧浓度的增加，碳烟颗粒平均数密度降低、数密度峰值减小、数密度峰值对应的颗粒物直径增大；且小粒径（直径0～50 nm）碳烟的数密度随之降低。     

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-丁醇混合燃料喷雾火焰的两色法测试研究

基于两色法原理,可利用彩色高速相机测量喷雾火焰的温度和炭烟浓度（KL）二维分布的时间演变,为先进柴油机燃烧系统设计提供必要信息。通过使用单台彩色相机的两个独立感光通道,两色法测量装置得到大幅度简化。两色法的测试结果受多种因素影响,例如双波长的选择,带通滤片的透过性,光路的设置等,然而相关研究并不充分。本文在对两色法的测试不确定度及误差进行了分析和讨论之后,并对柴油丁醇混合燃料在不同环境氧体积分数下的火焰温度和炭烟浓度（KL）的时空分布进行了研究。     

直喷式柴油机内火焰温度的测量和燃烧过程的热力分析

用分析空气进入火焰区的速率与燃烧速率之间的关系来研究直喷式柴油机中扩散燃烧过程的机理,以火焰温度和气缸气体压力的测量值对空气进入率和燃烧率进行热力计算。为了用双色法确定火焰温度,藉在三个可见光波长上同时测量火焰亮度来估算柴油机火焰的辐射强度,建立了排气烟度与火焰区过量空气系数的联系。     

CDPF被动再生特性及再生平衡条件研究

根据Arrhenius方程建立催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)被动再生化学反应模型。通过在一台重型柴油发动机上进行台架试验,对建立的CDPF被动再生模型进行标定和验证,标定后的CDPF被动再生模型可很好地预测CDPF中碳烟被NO_2氧化的反应速率。结果表明,碳烟氧化速率随CDPF初始碳载量的增大和床温的升高而提高;在初始碳载量为3.8 g/L、NO_x含量为550×10~(-6)的工况下CDPF平衡温度约为283℃;增加NO_x排放可促进CDPF被动再生的进行,降低被动再生平衡点碳载量和平衡温度;再生平衡曲线与预设碳载量有关,随着预设碳载量的增大,再生平衡曲线下移,被动再生区域增大。     

柴油废气重整柴油机工作过程数值模拟

柴油机的主要排放污染物是碳烟和NOx,柴油重整废气再循环（REGR）可降低NOx和碳烟排放。文章利用三维CFD软件FLUENT,模拟计算并对比分析了ZS195柴油机在原机和柴油废气重整2种情况下的气缸内部燃烧压力、温度、O2浓度、NOx浓度和碳烟浓度。结果表明：柴油废气重整后的气缸内部平均压力和平均温度升高,但是最高温度降低;气缸内部O2浓度降低;NOx排放和碳烟排放同时降低。     

多次喷射对增压直喷汽油机湿壁及碳烟排放影响的数值研究

使用CONVERGE软件对缸内流动、喷雾、混合气形成和燃烧过程进行了仿真研究,尤其对喷射策略的变化对燃油湿壁、混合气分布和碳烟排放的影响进行了详细分析。对比分析了二次喷射方案和三次喷射方案仿真结果,包括滚流比、湍动能、湿壁量、Lambda分布、火焰面发展、碳烟排放等。结果表明:在发动机2 000 r/min,BMEP=0.8 MPa工况下,三次喷射与二次喷射相比,其混合气形成过程更为合理,点火时刻混合气质量较优,缸套湿壁量较高,活塞湿壁量较低,碳烟排放较低。     

缸内喷雾燃烧CFD仿真模型校验

摘要：采用AVLFIRE软件,对某重型柴油发动机进行缸内喷雾燃烧过程仿真。利用内窥镜系统,获得缸内喷雾燃烧图像。通过CFD仿真结果与喷雾过程、燃烧火焰、碳烟浓度分布进行定性对比分析,校验了缸内喷雾燃烧CFD仿真模型的准确性。     

柴油机碳烟排放浓度的预测

本文在国外有关碳烟生成和氧化过程基础研究所获得的理性认识基础上,建立了一个考虑到碳烟先兆物生成、成核、凝聚、集聚和氧化等过程的较为仔细的柴油机碳烟排放预测模型。该模型在110柴油机上作了初步验证,表明模型具有一定的预测能力。     

掺混甲烷对乙烯层流预混火焰炭烟形貌的影响

针对掺混甲烷的乙烯层流火焰中的炭烟颗粒从形貌角度进行了研究,构建了具有相同当量比(2.07)、火焰温度、气体流速的层流预混乙烯火焰和掺混甲烷的乙烯火焰,并各自选取了3个高度进行热泳探针取样,采用TEM和AFM方法对各个工况的炭烟颗粒粒径分布、平均粒径、平均体积当量球径进行了对比。发现少量的甲烷掺混会令乙烯火焰中炭烟颗粒的尺寸变大,而当甲烷掺混量变多时该现象消失。而通过对颗粒的圆度、球度和分形维数计算和分析,发现即使是很小的颗粒也具有相似的不规则形状,这一现象广泛存在于各种火焰和各种大小的颗粒中,不受掺混比的影响,并且越大的颗粒结构越松散。     

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。     

选择性催化还原过滤器背压骤增现象的研究

前期研究中,发现在柴油颗粒过滤器（DPF）上出现背压骤增现象是由于DPF通道内的碳烟坍塌所致。碳烟坍塌是由综合因素如被动再生、高温度、长浸置期、高碳载量和高排气流量等所致。     

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。     

重型柴油机DPF非线性非稳态碳载量估算方法研究

通常可以使用压差传感器估计柴油机微粒捕集器(DPF)中的碳载量，但其在较低排气流量时的非线性和非稳定状态下，准确性会严重下降。为了提高精度，建立了新的碳载量估算方法，以计算DPF中的炭烟累计量，从而提高主动再生触发时间的精度。该模型基于发动机炭烟排放和DPF内的炭烟氧化平衡，由炭烟排放模型、NO₂被动再生模型和炭烟高温氧化模型3个子模型组成。测试验证是基于全球统一瞬态试验循环(WHTC)进行的。试验结果表明，在载碳形成过程中，碳载量计算值与实测值的平均误差为4.6%。随着排气温度和NO₂浓度增加，被动再生加快，主动再生间隔延长。     

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。     

碳烟氧化模型的研究及在车用柴油机中的计算应用

提出了一个基于平均反应率的碳烟氧化模型,将其应用于柴油机数值模拟中,并结合试验方法研究了后喷射对碳烟排放的影响。将Hiroyasu碳烟生成模型和文中提出的碳烟氧化模型耦合在CFD源程序中构建多维模型,利用数值解析的手段,根据不同的后喷射方案计算柴油机碳烟的生成和氧化历程,并结合试验数据分析后喷射影响碳烟氧化的各种因素。研究结果表明,采用碳烟氧化模型和试验方法能真实反映柴油机碳烟的生成和氧化历程以及后喷射对碳烟排放的影响规律。     

喷油策略对发动机喷雾及燃烧的可视化研究

在一台侧置多孔喷油器的单缸光学发动机上通过时序控制单元控制喷油时刻,研究喷油策略对缸内喷雾发展过程及燃烧特性的影响。研究结果表明,喷油时刻过早,油束会撞击活塞顶面形成油膜,产生扩散燃烧火焰,增加碳烟排放,且会减小燃烧速率,增加燃烧不稳定性;喷油过晚,缸内滚流变弱,缸内油气混合不均匀,局部过浓区域会产生扩散燃烧火焰,增加燃烧不稳定性。     

光学诊断在柴油机缸内碳烟测试中的应用

介绍了用于柴油机缸内碳烟测试的4种光学方法的原理和特点,包括消光法、散射法、双色法和激光诱导炽光法。消光法和散射法试验装置简单,数据精确,结合运用可以获得空间一点的碳烟体积分数和粒子尺寸。双色法在获取温度场的同时可以得到碳烟浓度的二维分布,是目前应用较为成熟的测试手段。但这3种方法得到的是碳烟在光程方向的平均结果。激光诱导炽光法采用激光片光对碳烟粒子进行加热,可以获得片光薄层内的碳烟浓度分布。通过比较可以看出,由于激光诱导炽光法可以获得瞬态二维碳烟分布,具有良好的时间、空间分辨率,十分适合缸内碳烟测试。