喷水温度对缸内喷水柴油机燃烧及性能影响的试验研究

基于一台双缸机械泵柴油机,结合自行开发的高压共轨喷射系统、缸内高温水喷射系统及高性能控制平台,试验研究不同喷水温度下的缸内喷水技术对柴油机燃烧及性能的影响.结果表明,随着喷水温度从25℃提高至160℃,喷入缸内高温高压环境的水的蒸发速度改善,缸内有效做功工质增加,膨胀行程做功量可实现约49.5 J的优化,柴油机指示热效率提高8%.与此同时,提高喷水温度可改善缸内水雾蒸发速率,从而降低缸内燃烧过程的循环波动.     

高温冷却柴油机的燃油喷射特性和喷雾特性

目前,为了进一步提高车用涡轮增压柴油机的功率,而又不至于增大其散热器的尺寸,有利于车辆动力舱的布置,趋向于采用高温冷却发动机的气缸和燃烧室组件的技术。在高温冷却下,发动机的冷却水温度从80～90℃提高到120℃。这样可以减少冷却水所传走的热量,达到适当控制其冷却水散热器的尺寸的目的。 本文主要研究高温冷却柴油机在整机温度和环境温度提高之后,柴油机燃料密度和可压缩性的变化对燃油喷射和雾化特性的影响。     

燃油预热改善直喷柴油机性能与排放研究

为了在传统柴油机上实现同时降低NOx和碳烟排放的准均质预混合燃烧,采用在高压油泵后加热流经高压油管柴油的方法,在一台单缸柴油机上就高温柴油对发动机燃烧和排放的影响开展了台架试验研究．通过在进气中添加低比例的二氧化碳气体,对采用燃油加热实现柴油准均质混合气压燃燃烧过程进行了探索性研究;同时应用KIVA3V对高温燃油喷射对混合气形成的影响进行了模拟研究．结果表明：高温燃油能够促进喷雾雾化和预混合气的形成,且对应一个最佳的温度范围,通过适当增大供油提前角到上止点前32°,采用大流量的多孔喷嘴缩短喷射持续期,以及进气中添加少量二氧化碳等措施,可以实现直喷式柴油机准均质预混合燃烧,达到同时降低NOx和碳烟的目的．     

船用柴油机实现低NOx燃烧的数值模拟

为研究“浅坑型”燃烧室缸内高温燃油的雾化与燃烧过程,建立了L23/30H柴油机的CFD计算模型,应用台架试验验证了计算模型的有效性,在提高燃油喷射温度的条件下模拟了缸内平均压力和温度的变化,对比分析了排放物的生成情况.结果表明:燃油喷射温度对L23/30H柴油机的动力性能影响不大,对NOx生成有显著影响,燃油喷射温度上升至413 K时,NOx生成速率减小,NOx最终生成量有量级上的减小,能满足MARPOL公约73/78附则Ⅵ修正案的排放规定,燃油喷射温度继续升高,NOx生成量变化甚微;燃油喷射温度的升高使得扩散燃烧过程中Soot的再氧化效应减小,最终Soot生成量有所升高.     

低速柴油机变流量冷却时的冷却水温度控制

根据低速柴油机的输出功率采用变冷却水流量的方法,对气缸套进行冷却可有效地控制气缸套内表面的温度,从而改善低速柴油机的工作性能。因此,对缸套冷却水出口温度的控制提出了采用开环控制和闭环控制相互配合的复合控制。计算结果表明,此控制方法有较好的控制效果。     

车用柴油机气缸盖热负荷的改善

为了改善气缸盖热负荷并进行合理设计,以车用柴油机气缸盖内冷却水流动为研究对象,对气缸盖底面上水孔内冷却水流量进行了测量.对气缸盖内冷却水流动进行了模拟分析;根据试验和分析结果,指出了该水腔中上水孔结构设计不合理之处,提出了优化方案;对改进前后气缸盖底部温度进行了测量.测量结果表明,改进后的该重型柴油机,气缸盖鼻梁区的最高温度和温度梯度显著降低,气缸盖热负荷得到较好改善.     

柴油机选择性催化还原后处理系统的尿素沉积特性

采用非气助式尿素选择性催化还原后处理系统在柴油机试验台架上进行试验,探究不同尿素喷射量、壁面温度及尿素喷射次数对尿素沉积的影响。研究结果表明:排气管的空间布置会影响气流运动,导致排气管内壁面的尿素沉积物非对称分布;在排气温度为200℃、排气流量为200 kg/h、尿素喷射量为270 g、喷射次数为10 800次的条件下,当排气管壁面温度高于140℃时,内壁面的尿素沉积质量与壁面温度呈负相关。当尿素喷射总量为270 g时,尿素喷射次数的增大将增加排气管内壁面的尿素沉积质量和尿素沉积长度。     

氧气流量控制策略对低温等离子体技术再生柴油机微粒捕集器的影响

以O_2为气源,利用自行设计的低温等离子体喷射系统对柴油机微粒捕集器(DPF)进行再生试验研究;在O_2总量相同、O_2流量为3~7L/min时,设计了3种O_2流量控制策略,即恒流量法、递增流量法和递减流量法;通过监测再生产物中CO、CO_2体积流量变化,分析了O_2流量控制策略对微粒(PM)的氧化分解和DPF再生效果的影响。研究结果表明,O_2流量增大,O3流量增大,进入DPF的O_3增多,PM的氧化得到促进。反应初始时3种流量控制方案下CO、CO_2流量均急剧上升;随着反应的进行,恒流量法的CO、CO_2流量趋于平稳;递增、递减流量法的CO、CO_2体积流量在跨越试验阶段分别呈直线上升、下降趋势,在同一个试验阶段保持稳定。CO、CO_2、CO+CO_2中C的质量变化趋势相同,质量大小由高到低为递减流量法—递增流量法—恒流量法。变O_2流量法的DPF再生效果优于恒O_2流量法,采用递减流量法时PM被分解的质量最多且其控制的O_2流量随再生阶段由大到小变化时可达到较优的DPF再生效果。     

柴油机红外再生微粒捕集系统试验研究

开发了采用壁流式蜂窝陶瓷作为过滤材料,利用红外辐射及柴油机废气进行再生的新的柴油机排放微粒后处理系统.该系统具有结构简单、可靠性高、实用性好的特点.在6110A柴油机台架上对系统的样机进行了碳烟过滤特性及再生特性的试验研究.试验结果表明:系统的碳烟过滤效率高达95%,排气背压低,再生效率超过89%,工况适应性好.后处理系统通过废气流量及再生点背压对红外再生过程进行控制的方法是有效的.     

高强化大功率柴油机冷却系水流分布研究

通过对高强化大功率柴油机冷却系统的分析,研制了高强化大功率柴油机冷却系水流分布试验装置,采用流量测量法测定了水泵在不同转速下通过左,右缸排及各缸的冷却水流量与阻力,同时对不合理的水道给予了改进设计,试验结果表明改进后的冷却系左,右缸排及各缺冷却水流量与阻力分布均匀,合理,从而使改进前的整机各缸冷热不均得到较大改善,可靠性也得到较大提高。     

柴油机SCR系统尿素水溶液的喷雾特性

通过建立柴油机SCR后处理系统的UWS喷射雾化模型,综合考虑UWS液滴在排气管道中的湍流扰动、变形、破碎、碰撞聚合和碰壁反弹等一系列理化过程,研究UWS的喷雾雾化分解特性,分析了喷嘴喷射压力、喷孔喷射角度α、喷雾锥角β、喷嘴偏置角度θ和排气管径长比对UWS液滴分解的影响.结果表明:喷射压力过小时,UWS液滴将呈液柱或大液滴状,喷射雾化效果差,NH_3平均体积分数随喷射压力的增大呈线性增大;α对UWS分解有显著影响,随着α的增加,NH_3平均体积分数升高;β对NH_3均匀性系数影响显著,随着β的增大,排气管内壁面附近NH_3的分布更加均匀;随着θ的增大,NH_3平均体积分数不断增大,但其均匀性系数急剧下降;NH_3平均体积分数随排气管直径的增大而减小,后逐渐趋于平缓.     

柴油机微粒捕集器加热再生过程的数值模拟

基于车用柴油机微粒捕集器过滤体孔道内的加热再生模型,采用数值模拟的方法对加热再生过程中过滤体孔道内微粒燃烧与壁面温度沿轴向的分布规律以及不同再生条件下柴油机微粒捕集器再生过程的规律进行了研究.结果表明:过滤体的壁面温度从过滤体前端向后端逐渐升高,且整个过滤体的峰值温度出现在过滤体后端;提高过滤体初始温度,适当地增大再生气流质量流量、气流含氧量以及微粒沉积量都可加快再生过程,但过大的含氧量和微粒沉积量会造成壁面峰值温度过高,过大的气流质量流量会减慢再生过程.     

基于国Ⅵ标准柴油机SCR排放标定试验研究分析

文章为了检验选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)系统在尾气排放中的各方面性能,对柴油机进行AVL后处理台架搭建测试,在集成式后处理系统柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)+柴油颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)+SCR+氨氧化催化器(ammonia slip catalyst, ASC)的技术路线下,完成系统裸排、背压、WHTC排放、尿素结晶、传感器校对、开闭环标定等一系列测试;研究后处理系统对柴油机造成的排放阻力和温度损失,讨论氮氧化物(NO_x)的转化率与氨(NH₃)存储量之间的关系以及两者关系在不同排气流量和不同温度下的变化规律,并研究SCR系统对比柴油机原排所起的功效。结果表明：NO_x的转化效率随着NH₃存储量增大而逐渐变大,随着排气流量增大呈负指数增长,在一定温度下随温度呈正指数增长,超过一定温度后受催化剂材料约束;SCR系统造成的温损和压阻均在可接受范围内,...     

柴油机微粒捕集器微波再生模糊综合评价

为深入研究柴油机微粒捕集器的微波再生机理,基于模糊综合评价法,结合层次分析主观赋权法与熵值赋权法,建立了柴油机微粒捕集器微波再生系统的两级模糊综合评价模型,完成了微波功率、微粒沉积量、排气温度、排气氧含量、排气质量流量对再生效率、再生时间、再生峰值温度及再生性能权重的定量分析,并得到了各因素取不同值时的再生性能评价结果.研究表明:排气温度对再生效率与再生时间的影响最大,权重分别为0.470 1与0.536 1;微粒沉积量对再生峰值温度的影响最大,权重为0.424 4;再生效率在再生性能中所占权重最大,为0.6162.     

压力式螺旋型喷嘴降温特性实验研究

针对空冷机组在夏季高温天气不能满发的问题,采用喷雾增湿降低入口空气的干球温度.选用压力式螺旋型雾化喷嘴进行喷雾降温试验研究,包括喷嘴流量特性试验及不同喷嘴布置方式的喷雾降温试验.从试验数据得到喷嘴流量特性曲线,并且在对降温过程进行热湿交换分析的基础上拟合出以蒸发冷却为主要降温机理的降温效果关联式.通过比较喷嘴不同布置方式的降温效果,得出排间距为500mm的喷嘴布置方式降温效果略好于排间距为1 000mm的喷嘴布置方式.     

微粒捕集器连续再生速率与压降特性研究

建立了连续再生模型,并通过台架实验进行了验证,用数值模拟的方法对柴油机不同工况下的连续再生速率和压降特性进行了数值研究.研究结果表明:当排气流量增大时,连续再生速率降低,压降迅速增大;当排气温度升高时,连续再生速率迅速升高,压降略有增大,但随着再生时间的增加,压降下降明显;随着排气气流中m(NO2)/m(soot)比率的下降,再生速率迅速降低,当超过临界比率时,会由微粒净消耗状态转变为净增加状态,m(NO2)/m(soot)比率对于压降影响很小.研究结果对于优化连续再生微粒捕集器的再生条件提供了理论依据.     

喷射策略对某重型柴油机高原燃烧特性的影响

为研究高原条件下不同喷射策略对某重型柴油机燃烧特性的影响。建立基于ECFM-3Z燃烧模型的某增压柴油机燃烧室三维模型并将其与平原台架试验结果进行对比验证,分析在海拔4 550 m条件下不同喷射策略对柴油机缸内燃烧过程的影响。结果表明,随着喷油提前角增大,单次喷射时缸内高温区域缩小,温度分布变得均匀,缸内预混合燃烧增强。和平原条件下的结果相比,喷油提前角的增大可以减少碳烟的排放但是增加了NO_x的排放。采用多次喷射策略时,预喷的提前可以使燃油与空气混合更充分,从而有助于主喷燃油更好地燃烧,功率能够得到进一步提升,较单次喷射NO_x排放增加,碳烟排放减少。根据模拟结果最终选择预喷提前角为22°CA BTDC和主喷提前角为2°CA BTDC的喷射策略,示功图面积较单次喷射相比有所提高,可恢复至平原的85.6%。     

柴油机多品位余热回收低损跨临界联合循环模拟

为了提高柴油机多品位、大温差余热的回收利用率,提出了一种低损跨临界有机朗肯联合循环,其中高温级循环用于回收温度较高的柴油机排气余热和废气再循环(EGR)余热,低温级循环回收柴油机冷却水余热、增压空气余热、与高温级循环换热后的排气余热和EGR余热.高温级对比分析了3种硅氧烷工质MM、MDM和D4,低温级选用了R143a,模拟研究了高低温级参数对循环性能的影响.结果表明:高低温级均存在最优的蒸发压力,高温级冷凝压力在允许范围内越低越好;高温级采用MM较MDM和D4循环性能更好,循环净功最高可以达到36.36,kW,损只有4.5,kW;各部分余热的利用率均在86%以上;增加高低温级的回热效能均可以提高循环性能.     

船舶主柴油机缸套冷却水温度智能控制

建立船舶柴油机中央冷却系统高温淡水(缸套冷却水)冷却回路的动态热力学模型,并将柴油机功率模糊控制信号引入到高温冷却水温度控制系统中.通过预先调节三通阀的开度,达到降低冷却水温度动态偏差,快速调节冷却水温度的目的.应用Matlab软件对系统的仿真结果表明,基于功率信号模糊预调节与水温Smith PID调节的智能控制方法,明显优于常规PID控制方法.     

小型柴油机高温冷却效果的研究

本文分析了柴油机高温冷却的节能原理，并在ＤＬ１９０小型柴油机上进行了一系列高温冷却的试验研究。结果表明：高温冷却能有效地降低小型柴油机中、小负荷工况时的油耗率和排气烟度。