二级增压系统压气机效率的优化策略研究

对配置在1台重型车用柴油机上的二级增压系统进行了性能研究。结果表明:放气阀开启的二级增压系统存在进气能力不足、压气机效率低的问题;关闭二级增压放气阀后,在中、低转速低负荷工况仅采用高压级增压器,而其余工况借助高压级涡轮旁通阀实现进气压力可调,增压系统压气机效率均可超过60%,且最大进气压力可达334kPa;针对不同工况采用不同增压形式,通过控制涡轮旁通阀开度使二级增压系统进气压力及压比分配得到有效调节,可以改善压气机效率及燃油经济性,为二级增压系统与重型柴油机的性能匹配提供技术参考。     

前置DOC对SCR系统柴油机NO_x排放的影响

对装配前置DOC和无DOC的SCR系统柴油机进行稳态和瞬态试验,研究了前置DOC在不同循环状态下对NOx排放的影响。结果表明:前置DOC能显著提高SCR入口处NO2与NOx的体积比V(NO2)∶V(NOx),加速SCR反应,提高NOx转化效率,改善NOx排放;在ESC非怠速工况下,DOC对V(NO2)∶V(NOx)的影响会随着排气中氧含量和排气温度、空速的提高逐渐降低;温度超过一定范围时,NH3对O2的选择性突然提高,V(NO2)∶V(NOx)对NOx转化效率的影响将减小;DOC内氧化反应产生的热量有限,不足以提高SCR入口处排气温度,而DOC陶瓷载体的储热特性在瞬态循环下会对SCR入口温度产生一定影响,但这并不是改善NOx排放的主要原因。     

某先进高速柴油机气缸盖结构评估

以某引进的高速柴油机气缸盖为研究对象,采用有限元方法对气缸盖的温度场、热机耦合作用下的疲劳强度和密封性进行了数值仿真和分析,探讨其设计理念及进一步提升性能的可行性,为国产化改进和设计提供了理论依据。结果表明,该柴油机强化程度达26 MPa·m/s,但气缸盖仍保持足够的强度、较低的温度和良好的密封,最大工作应力195 MPa,最高温度355℃,疲劳安全系数为1.7,在进一步提升柴油机性能时,该气缸盖的刚强度仍有足够的裕度。     

甲醇汽油机怠速稀燃特性的试验研究

为改善传统汽油机怠速稀燃的燃烧与排放特性,在1台加装了电控甲醇喷射系统的汽油机上对燃用汽油(M0)、50%质量比例甲醇汽油(M50)和纯甲醇(M100)3种燃料的发动机的怠速稀燃特性进行了试验研究。试验先后在过量空气系数a=1.1和a=1.3两组稀燃工况下进行,怠速转速稳定在800r/min左右。试验结果表明:添加甲醇后,两组稀燃工况下指示热效率均有所提升;发动机的火焰发展期、快速燃烧期和平均指示压力的循环变动系数随着甲醇比例的增加而降低;甲醇能够显著降低发动机怠速稀燃工况下的HC和NOx排放,CO2排放随着甲醇含量的增加也略有降低。     

柴油机涡轮增压器叶轮优化设计

以某废气涡轮增压柴油机为研究对象,以提高发动机性能为目标,使用CFD方法对其涡轮增压器的叶轮进行优化设计。通过分析叶轮内部流场,将叶轮叶片的叶型进行了改进设计,叶轮内部流场得到了优化。通过CFD计算得到了优化后的压气机MAP图,并将优化设计后的增压器安装到柴油机上进行了试验研究。结果表明,根据CFD计算结果对压气机叶轮结构进行优化设计具有可行性,优化设计的压气机能够在全转速范围内降低发动机燃油消耗率。     

基于负阀重叠EGR策略的HCNG发动机仿真

为降低HCNG发动机NOx排放,采用负阀重叠EGR策略,利用AVL-Fire软件对HCNG发动机不同进气门开启角(θIVO)下的进气过程和燃烧过程进行了三维仿真计算,对比分析了采用负阀重叠前后发动机缸内EGR分布和燃烧过程。仿真结果表明:负阀重叠EGR策略下,排气门关闭角(θEVC)固定为340°曲轴转角不变,当θIVO为380°曲轴转角时,既可避免发生回火又能保证一定的进气量及充气效率;采用负阀重叠后,在压缩冲程后期,缸内EGR率呈梯度分布(靠近火花塞位置EGR率较低),更有利于着火及火焰传播;采用负阀重叠可降低缸内最高燃烧压力及最高温度,但会减少进入气缸的新鲜工质,降低发动机功率;通过负阀重叠实现内部EGR可降低NOx排放,但会导致着火困难,燃烧速度变慢;提高点火能量可缩短着火落后期和燃烧持续期,加快燃烧速度。     

增压汽油机不同排气歧管长度下的压力波动特性

利用台架试验数据校准了增压直喷汽油机一维性能仿真模型,应用校准后的模型研究了低速(1 500r/min)全负荷工况不同排气歧管长度下排气阀口与涡轮机入口处的压力波动特性,并对压力波动形态与低速增压压力的建立、瞬态响应、缸内充气效率等的关联性进行了深入分析。研究结果表明:在现有排气歧管结构形式下,在低转速宜采用较短歧管,从而有望获得更高的增压压力和扭矩;相继工作的气缸不宜在涡轮机前共用一根排气总管,否则容易引起废气倒流,而且歧管越短倒流越严重;排气歧管中的压力波在传向涡轮机入口过程中被"均值化",不能充分应用排气压力波动效应来提高低速扭矩和改善增压延迟。     

基于EGR分层的直喷汽油机进气道结构优化研究

为了实现废气围绕在可燃混合气周围,并且废气较浓区域集中于燃烧室底部的EGR分层形式,基于1台缸内直喷汽油机,利用CFD仿真软件Fire针对原机切向气道结构以及切向气道与螺旋气道相结合的气道形式进行了仿真,探究其实现预期EGR分层的潜力,并从缸内进气流场角度分析EGR分层机理。结果表明:原机切向气道由于滚流在压缩冲程中被大幅削弱,不能形成研究预期的EGR分层形式;采用切向气道与螺旋气道相结合的进气道结构形式可以使滚流在压缩冲程中具有较好的保持性,并结合EGR相位调整,实现了约10%的EGR分层梯度,EGR分层形式符合研究预期。     

曲轴箱通风系统机油消耗试验与改进设计

对某型车用直列4缸柴油机开展了机油消耗、窜气和曲轴箱压力试验研究,试验结果表明该发动机在低负荷低转速工况下燃油消耗与机油消耗的比值(机燃比)不满足设计要求,随着转速和负荷的提高,总机油消耗量呈增加趋势,曲轴箱通风(PCV)系统所占总机油消耗比例较高,各工况点平均值约为10%。借助CFD仿真手段对原油气分离器及改进方案进行了对比分析,得知原结构油气分离效率较低,改进方案分离效率大幅提高。验证试验表明,3种对比工况下改进方案窜气特性和曲轴箱压力均满足设计要求,PCV系统机油消耗均大幅度下降,说明改进方案合理可行。     

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。