柴油机电控组合泵系统喷油特性分析

针对某中速柴油机燃油系统电控化改造,采用IFR600喷油规律测量仪,研究了喷孔直径、高压油管尺寸、泵出口节流、喷射背压和喷油器针阀开启压力对喷油规律、喷油量、循环喷油量波动及喷射延迟的影响.结果表明:采用0.26 mm喷孔直径时,喷油规律较好、喷射压力高,循环喷油量的波动小;采用新高压油管、有泵出口节流和高针阀开启压力时,喷油速率和喷油量均减小,但泵出口节流引起喷油量下降较大,且喷射压力下降,不宜采用;喷射背压增大会引起喷油速率减小,实际喷油规律与测量得到的喷油规律不同;泵出口节流和高压油管尺寸对循环喷油量波动的影响显著;各因素对喷射延迟均有影响,但开始喷射延迟的变化小于结束喷射延迟.试验分析结果为该柴油机电控燃油系统的结构参数优化提供相关的理论依据.     

喷油器喷孔积碳对柴油机喷油压力影响研究

使用光学电子显微镜,拍摄了新喷油器和积碳喷油器的喷孔图像。图像表明:喷油器喷孔积碳后,喷孔出口有明显的不规则积碳,对喷孔造成了一定程度的堵塞,改变了原有的喷孔结构;喷孔内部粗糙度有所增大,有少量不规则积碳存在于喷孔内部出口一侧。利用喷油泵试验台架,分别使用新喷油器和积碳喷油器进行了燃油喷射试验,测试了不同工况下的泵端压力和嘴端压力波形。试验结果表明:与新喷油器相比,喷孔积碳后喷油压力增大,压力峰值时间延后,针阀落座时间延后,喷油持续期增长,残余压力增大;嘴端压力波形由双峰曲线变成3峰曲线;喷油器开启压力增大,积碳对嘴端压力影响作用增大。     

柴油机两层8孔喷油器各孔喷油规律模拟验证

建立了某上、下两层分布8孔喷油器喷嘴内部流动三维模型,通过基于动量法的各孔喷油规律测试系统同时计算和分析了各个喷油孔的喷油规律和循环喷油量,并对此三维计算模型仿真结果进行验证.相同工况下,数值模拟所得各喷孔喷油速率曲线与试验实际测量曲线变化趋势较一致,对喷油器各孔循环喷油量的试验结果与数值模拟结果进行相对误差分析,其相对误差小于5％.模拟和试验所得出的结果根据上、下排喷孔的分布分为两组,进一步分析计算表明:下排喷孔(孔1、3、5、7)的喷油速率和循环喷油量比上排喷孔(孔2、4、6、8)的喷油速率和循环喷油量高出4％～8％.     

采用分段喷油改善柴油机排放的研究

用分段喷油器实行发段射油以改变喷油特性，使喷油的初期速率降低，而在喷油持续期内逐渐升高，这样使燃烧初期放热率减而随后逐渐加快，从而可以改善柴油机的排放并降低燃油的消耗率，对使用分段喷油器的喷射规律作了研究并在单缸试验机上进行了试验，试验表明，采用分段喷射装置后在微粒未增加的情况下，ＮＯｘ有所降低。     

电控高压共轨喷油系统的标定和应用

为了获得电控柴油机的喷油一致性,测试了电控喷油器之间的差异,得到大量喷油器的喷油持续期统计规律,并提出将测得的喷油持续期的统计平均值作为基准值,采用与之插值的办法消除各个喷油器与基准值之间的差异,获得了良好的喷油一致性.针对实际发动机运转时各缸之间的循环差别,提出利用ECU软件比较各个循环的角速度差,根据差异的大小补偿每缸每循环的喷油量的方法,达到了减少各缸之间的循环运转差异的效果.试验结果表明,与传统直列泵柴油机比较,电控柴油机的动力性、经济性以及排放性能都有所改善,特别是燃油消耗率和排气烟度有大幅度的降低.     

喷射压力及混合比例对生物柴油喷油特性的影响

试验研究了生物柴油BD100及其混合燃料BD70、BD30的喷油特性,考察了喷射压力和混合比例对喷油速率、循环喷油量及其循环变动的影响。结果表明,燃料BD100、BD70和BD30的喷油始点一致,随着燃料中生物柴油比例的减少,喷油持续期明显延长,喷油终点延后。喷射压力升高,喷油初期喷油速率上升和喷油末期喷油速率下降变陡,针阀完全开启阶段的喷油速率升高,循环喷油量增加。燃料BD100的最大喷油量循环与最小喷油量循环差别主要由针阀完全开启阶段的喷油速率波动所致。燃料BD70和BD30的最大喷油量循环与最小喷油量循环差别主要由各循环的喷油持续期不同以及喷油持续期内的喷油速率波动所致,燃料BD30尤为明显。随着燃料中生物柴油比例的减少,燃料BD100、BD70和BD30的循环喷油量的变动率逐渐增大。     

4190Z_LC-2型船用柴油机燃油喷射系统参数匹配

利用AMESim液压仿真软件建立电控柴油机喷油系统仿真模型,在此基础上,以喷油压力为优化目标,喷油量为约束条件,运用正交试验设计方法进行喷油系统参数仿真计算,再通过方差分析方法分析各参数对喷油压力的影响规律。研究结果表明,对喷油压力影响程度由强到弱依次为柱塞直径、油管直径、凸轮型线速度、喷孔数×喷孔直径(流通面积不变)、油管长度。通过方差分析得出最优参数组合方案为:喷油器喷孔数×喷孔直径为10×0.22 mm;凸轮型线速度0.46 mm/℃A;柱塞直径15 mm;高压油管长度800 mm;高压油管直径1.5 mm。此参数组令方案可以将喷油压力提高到154.3 MPa。     

喷油压力对电控船用中速柴油机性能的影响

为了研究船用4190型柴油机电控化改造后,喷油压力对柴油机性能的影响,利用AMESim软件,建立电控燃油喷射系统仿真模型,通过正交试验设计方法安排燃油系统参数仿真计算,以实现燃油喷射特性的优化;同时基于AMESim与AVL_FIRE软件耦合,将优化结果导入柴油机缸内燃烧模型,进行仿真计算,以完成不同喷油压力对柴油机性能影响的综合分析。结果表明,当参数组合为:喷孔直径0. 22 mm、凸轮型线速度0. 46 mm/(°)、柱塞直径14 mm、高压油管长度1000 mm时,喷油压力为125 MPa;当参数组合为:喷孔直径0. 26 mm、凸轮型线速度0. 43 mm/(°)、柱塞直径14 mm、高压油管长度800 mm时,喷油压力为105 MPa。喷油压力提高,改善了柴油机燃烧质量,使得油耗率较原机降低约14. 3%与7. 2%,但NO_x排放质量分数分别升高约50%和11%,因此,需要兼顾柴油机的经济性与动力性进一步优化排放。     

降低非道路用柴油机排放试验

为了改善非道路用直喷N490型柴油机的排放性能,研究了喷油压力、喷油定时、喷油器喷孔直径和喷油器油嘴伸出量等参数对柴油机排放的影响。研究结果表明:提高喷油压力,可以有效降低柴油机的不透光烟度和燃油消耗率,但会导致氮氧化物(NO_X)排放升高;增大喷油定时,可以降低颗粒物(PM)排放,但会带来NO_X排放升高;较小喷孔数目和直径(5×Φ0.21 mm)与具有较高喷油压力的喷油泵相匹配,可以有效降低NO_X和PM的排放;合适的喷油器油嘴伸出量可以改善柴油机的排放性能。对柴油机燃烧系统进行优化匹配,柴油机的NO_X+碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和PM排放分别降低到6.23 g/(k W·h)、1.109g/(k W·h)和0.522 g/(k W·h),达到了中国第三阶段非道路用柴油机排放标准的要求。     

船用柴油机超高压共轨系统喷雾特性试验研究

利用自行设计的超高压共轨系统喷雾试验平台,开展了超高压共轨系统喷雾特性的试验研究.从油束形态、喷雾贯穿距以及喷雾锥角方面出发,系统定量地分析了喷油压力和喷油规律对船用柴油机喷雾特性的影响,为进一步改善船用柴油机性能提供了理论依据.结果表明:通过控制超高压共轨系统中电控增压器电磁阀和喷油器电磁阀的开启时间,可以实现变压力和变喷油速率喷射;随着喷油压力的升高,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐增大,但当喷油压力超过200 MPa后,其对喷雾贯穿距和喷雾锥角的影响越来越小;随着喷油规律由矩形变化到靴形,油束周围的破碎蒸发现象、喷雾贯穿距以及喷雾锥角均逐渐减小,且喷油压力为150 MPa的矩形喷油规律的喷雾贯穿距大于喷油压力为200 MPa的靴形喷油规律的喷雾贯穿距,这进一步表明了喷射初期的压力是决定喷雾贯穿距的最主要因素.     

高压共轨柴油机喷油器喷油特性研究

为减少电控喷油器配机的调试工作量,对喷油器油量标定及基本MAP的建立进行了研究,分析了电控喷油器喷油一致性及均匀性的主要影响因素.提出在小油量下,采用压力波动量控制的办法可达到一致性要求,采用喷油脉宽修正的办法可达到均匀性要求.采用变步长方法确定了喷油初始基本MAP,进而检验了基本喷油量MAP的准确性.装机实验结果表明,所建立的初始基本MAP比较合理.     

降低493柴油机排气污染物的研究

为满足国家新颁布排放法规的要求,对493柴油机的燃烧系统进行了改进设计,燃烧室由原来的四角ω型改为缩口凸台型,同时减小喷油提前角、提高喷油压力、增加喷孔数目、减小喷孔直径。大量的性能试验、排放试验和燃烧分析的结果表明,改进后的燃烧系统良好地兼顾了柴油机的动力性、经济性和排放特性。     

天然气合成油燃料喷射特性

在油泵试验台上,测试了多个工况下天然气合成油(GTL)燃料的喷油速率和油管压力,计算了音速,并与柴油进行了对比,对GTL的喷射过程进行了试验研究.结果表明,当转速不变,随负荷增大,喷油速率、泵端和嘴端压力都逐渐增大,峰值出现的相位后移;循环喷油量明显增加,喷油持续期延长;当负荷不变,随转速升高,喷油速率逐渐增大,最大喷油速率出现的相位滞后,循环喷油量增大,喷油持续期延长;泵端和嘴端压力上升起点位置前移,压力峰值逐渐增大.GTL与柴油对比研究发现,GTL的喷油速率、泵端和嘴端压力峰值以及音速均较小,循环喷油量较少,喷油始点略有延迟,喷油持续期较短.     

高压共轨喷油器关键参数仿真分析及改进

高压共轨喷油系统的喷油规律、动态响应特性和动态压力特性可以综合反映系统性能.应用GT-FUEL软件研究了喷油器参数进回油孔直径对系统喷油规律、动态响应特性和动态压力特性的影响,确定了进回油孔直径的合理大小.为了进一步缩短针阀关闭时间,设计了增加一条进油通道的喷油器改进方案并对其进行了仿真,仿真结果表明该设计明显缩短了针阀关闭时间.     

油气混合参数对柴油机低温燃烧过程的影响

应用三维CFD模拟研究了喷油和进气参数包括喷油压力、喷孔直径和进气压力对柴油机低氧浓度低温燃烧(LTC)过程的影响.结果表明:随着喷油压力增加或喷孔直径的减小,各氧浓度下缸内燃烧压力和温度峰值都增大;相同氧浓度条件下预混燃烧的强度增大,出现明显预混燃烧的氧浓度增大;相同氧浓度条件下的soot排放降低;缸内局部温度最大值增大,NOx排放增大.进气压力增大,缸内压力上升更快,但缸内平均温度略有降低,相同氧浓度下着火时刻提前,滞燃期缩短;燃烧过程中局部缺氧的状况得到改善,相同氧浓度条件下燃油的燃烧更加完全,放出的总热量更多,燃烧效率明显提高;soot峰值和最终排放值都减小,NOx生成量进一步降低.     

喷油压力对GDI积碳喷嘴喷雾特性的影响

喷油器积碳是直喷汽油机(GDI)面临的主要问题之一,提高喷油压力可以改善直喷汽油机的喷雾特性和燃烧特性。在自行设计的定容燃烧弹内,研究了两种喷油压力(4 MPa和7 MPa)对3支积碳程度不同的直喷汽油机喷油器喷雾锥角和贯穿距的影响。结果表明,喷油压力从4 MPa提高到7 MPa时,所有喷油器的喷雾锥角均增大,但增加的幅度有所不同,积碳严重的喷油器在喷油过程中喷雾锥角增加的幅度最大,大约增加了25°,积碳较少的喷油器和无积碳喷油器增加幅度相差不大,大约增加了7°。随着喷油器积碳程度的增多,喷雾锥角呈增大的趋势。燃油喷射结束后,喷雾锥角变化不大,主要是由于此时受环境背压的影响。喷油压力较小时,积碳喷油器喷雾锥角变化的波动范围较大,而喷油压力较高时,积碳喷油器喷雾锥角波动范围变化则较小。积碳喷油器贯穿距增长幅度在喷雾发展过程中受喷油压力和积碳程度的影响较小。喷雾的发展速度在各阶段是不同的,低喷油压力时,积碳喷油器的贯穿距均大于无积碳贯穿距,较少积碳喷油器的贯穿距大于最多积碳喷油器的贯穿距,随着喷雾的发展这一趋势并未改变。高喷油压力时,积碳会抑制喷雾贯穿距的增长,较少积碳喷油器的贯穿距始终大于最多积碳喷油器的贯穿距,无积碳喷油器的起始贯穿距小于另两支喷油器,但最后无积碳喷油器的贯穿距大于另两支喷油器贯穿距。     

4190Z_LC-2型船用柴油机燃油系统电控化改造

阐述了4190ZLC-2船用柴油机喷油系统电控化改造的实验方案.通过改变喷油泵柱塞直径的大小、喷油器喷孔直径的大小及喷油定时参数来分析影响柴油机经济性(耗油率)、排放性能(NOx,CH浓度的排放)和燃烧性能的相关因素.并分别在负荷特性和推进特性下,对该柴油机改造前后的燃烧性能和排放性能进行分析对比.从而给后续柴油机燃油系统改造提供理论和试验依据.     

电控喷油器喷射量特性小喷油脉宽非线性段研究

分析了电控喷油器喷射量特性小喷油脉宽非线性段的特性形态,设计了高精度测量小喷油脉宽非线性段的实验装置,以高阻型喷油器为例,精确测量了该喷油器小喷油脉宽非线性段的喷射特性,并研究了驱动电压和供油油压对其特性的影响,最后对小喷油脉宽非线性段进行了数值拟合,为汽油机电控喷油系统的设计打下了良好基础.     

电磁阀驱动电流对喷油特性影响规律研究

在电控单体泵实验台上进行了不同电磁阀驱动电流对喷油特性影响的实验研究.讨论了单体泵燃油系统控制信号、驱动电流、油管压力、喷油速率和针阀升程各参数之间的延迟关系,探讨了不同的保持和开启电流时喷油量的变化规律.结果表明,不同的开启和保持电流对燃油系统喷油持续期长度等喷油特性影响很大,驱动电流与燃油系统的喷油速率、喷油压力、针阀升程和喷油量存在着规律性的变动.因此,不同电磁阀均需确定最优的开启和保持电流,降低驱动电流对燃油系统喷射特性产生的影响.     

柴油机双层多孔喷油嘴瞬态流动特性

以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何参数的基础上,采用动网格技术对喷油嘴内部瞬态流动进行模拟研究,并通过可视化试验验证所建模型的准确性.研究了不同位置处、不同喷射压力下喷孔内流量系数、气相体积分数随针阀运动的变化,分析了燃油性质对喷孔内流动特性的影响.结果表明:在相同的喷油压力下,上层喷孔与下层喷孔相比,空穴现象会提前出现,且空穴发展更加迅速,空穴区域更大;针阀关闭阶段与针阀开启阶段相比,喷油嘴内部空穴发展较快,喷嘴内空穴在针阀关闭的前一刻会瞬间增加;喷油压力增加,空穴现象产生时刻提前,空穴发展区域增大;进出口压力相同时,喷孔内空穴现象的发展及其强度受燃油运动黏度、饱和蒸汽压和密度的影响.