喷油策略对高压共轨柴油机性能的影响

为实现通过优化喷油控制参数提高共轨柴油机性能的目的,在云内动力电控高压共轨柴油机上研究了不同的喷油策略对柴油机的性能影响。柴油机运行在转速为2 000r/min,负荷为-50%的典型工况下,使用Fischer-Tropsch(F-T)煤制油作为柴油机燃料。结果表明:喷油压力由62.8MPa增大至143.8MPa时,燃烧提前7°、滞燃期缩短30.2%,缸压和放热增多,碳烟颗粒物(SOOT)排放降低94.5%,NO_x排放升高16.2%,CO与碳氢化合物(HC)排放分别下降6.7mg/m~3和7.8mg/m~3;推迟喷油导致燃烧推后、滞燃期延长,缸内压力下降,NO_x排放量减少,SOOT,CO和HC排放增多。喷油压力和主喷正时是影响柴油机性能的关键因素,在优化喷油规律时应作为主要因素进行考虑。该工况下,喷油参数的最佳组合为喷油压力103.2 MPa,预喷正时上止点前(BTDC)曲轴转角为15.5°,主喷正时上止点前(BTDC)曲轴转角为8.1°.     

M15对增压直喷汽油机小负荷工况下燃烧和性能的影响

在一台缸内直喷汽油机上,针对M15(汽油中甲醇添加体积比例为15%)和M0(汽油中甲醇添加体积比例为0,即纯汽油)两种燃料,试验研究了点火提前角、喷油提前角和喷射压力等控制参数的调整对样机在小负荷、低转速下,燃烧、性能及排放的影响规律和影响差异。研究结果表明:相同喷射脉宽及控制参数条件下,M15汽油的最高燃烧压力比M0的低4%,但最高压力点对应的曲轴转角与M0基本相同。相同喷射脉宽下,燃用M15比燃用M0的发动机输出扭矩下降约10%左右,但燃油经济性有所提高,并分别存在一个点火提前角和喷油提前角,使得转矩最大、燃油消耗率最小,此点火提前角为20°CA(BTDC)、喷油提前角为300°CA(BTDC);而喷射压力对转矩和燃油消耗率影响较小。当使用M15燃料后,HC、CO和NO_x排放均比M0有所降低;M15和M0的HC、CO和NO_x排放均随点火提前角减小而减小;随喷油提前角的变化呈现不规律的变化;喷射压力对HC和NO_x排放的影响不很明显,而对CO呈波动状态。     

供油提前角对生物柴油发动机性能的影响

为使试验柴油机样机适应生物柴油的燃烧特性,在四缸柴油机上进行了不同供油提前角下生物柴油经济性和排放性的对比试验研究。结果表明,当供油提前角为18°曲柄转角(crank angle, CA)BTDC(before top dead center,上止点前)时,燃油消耗率(Brake Specific Fuel Consumption, BSFC)较低;随着供油提前角的增大或减小都会使燃油经济性恶化;在小负荷下16°CA BTDC、18°CA BTDC和20°CA BTDC的CO排放量不敏感;在中高负荷下,随着供油提前角的减小,CO排放量稳步增加;随着供油提前角的增大,碳烟排放减小,NO_x增加,呈现权衡关系;HC排放对供油提前角的变化不敏感。结论表明,生物柴油可作为柴油机的替代燃料。     

喷雾锥角及燃烧室对柴油机预混合低温燃烧的影响

为了避免预混合低温燃烧模式下,早喷策略导致的燃油湿壁现象,在样机燃烧室的基础上,设计了另外两种不同凹坑位置的燃烧室,运用仿真软件AVL fire研究了不同喷雾锥角及燃烧室凹坑位置对柴油机油气混合及燃烧排放的影响。结果表明:采用早喷策略时适当地减小喷雾锥角,可以改善燃油在缸内的分布,有效提高混合气均匀程度,原机燃烧室喷雾锥角从155°减小到145°,soot(碳烟)排放降低了76.8%,但燃烧温度的升高会导致NO_x排放的增加。燃烧室凹坑外移增加了油嘴到燃烧室壁面的距离,有利于充分利用喷雾射流动能,促进混合气的形成,145°喷雾锥角下外移后的燃烧室soot排放降低了56.4%。在不同喷雾锥角下,燃烧室凹坑外移soot排放总是呈减少的趋势,且外移的燃烧室对喷雾锥角的敏感性降低。早喷策略下实现的预混合低温燃烧模式宜采用凹坑外移的燃烧室和较大的喷雾锥角。研究结果为预混合低温燃烧模式燃烧系统的参数优化提供了一定的理论依据。     

喷射参数耦合EGR对用共轨柴油机性能影响的试验研究

在一台非道路用高压共轨柴油机上实验研究了喷射参数以及耦合EGR后对发动机经济性和排放性能的折衷影响。研究结果表明,提高喷射压力和提前喷射定时有助于改善燃油经济性和碳烟排放;但会导致NOx排放升高。轨压达到140MPa之后,消光烟度的改善不明显;轨压从130 MPa起,每增大10 MPa,同时使喷射定时从6°CA BTDC起,每减小2°CA,采用联合调整喷射压力和喷射定时的策略能同时减小NOx排放和消光烟度,解决了单一变量引起的NOx和碳烟此消彼长的问题;但会导致燃油消耗率升高。采用喷射参数耦合EGR策略改善了消光烟度和NOx的排放,同时也降低了燃油消耗率。     

预喷对DMF/柴油混合燃料燃烧及排放的影响

分析比较了2,5-二甲基呋喃(DMF)与柴油的理化性能,研究表明DMF的一些理化性能与柴油很接近.在1台改装过的4缸4冲程水冷增压直喷高压共轨柴油机上,以柴油、柴油与DMF的混合物为燃料进行试验,研究了柴油机的燃烧和排放性能.结果表明预喷射可以降低缸内压力和燃烧放热率.随着喷油定时的提前,缸内压力峰值显著增加,但放热率的峰值下降.较小的预喷射提前角能够降低HC和CO的排放,NOx的排放随着喷油正时的提前而增加,碳烟排放随着喷油正时的提前而减少.随着预喷射定时的提前,核模态粒子的数量显著增加,聚集态粒子的数量相应减少.DMF是一种非常有前景的生物燃料,可以减少HC,CO和碳烟的排放,然而会增加NOx的排放.     

喷油提前角对CA6DF2D-21柴油机性能影响的模拟仿真

应用三维CFD软件AVL FIRE2010,对CA6DF2D-21柴油机在同一工况、不同喷油提前角(10、12、14、16、18、20°CA)下燃烧过程进行了模拟仿真,分析了发动机在不同喷油提前角下的动力性、经济性和排放性,结果表明:当喷油角从10°CA增加到20°CA过程中,缸内压力和温度增加,发动机的功率和扭矩增加,燃油消耗率减少,NOx排放量增加,Soot排放量减少,综合考虑确定最佳喷油提前角为16°CA.     

可调靴形喷油规律的燃烧排放性能仿真研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,提出一种柔性可调的靴形喷油规律。利用Amesim软件建立包括共轨腔、增压泵和喷油器的超高压共轨系统仿真模型,研究可调靴形喷油规律曲线的实现方法。分析靴形喷油规律对柴油机燃烧排放性能的影响。研究结果表明:通过改变超高压共轨系统中增压泵的电磁阀开闭时刻可以实现靴形喷油规律的柔性可调;靴形喷油规律在燃烧排放性能比传统矩形喷油规律表现出更大的潜力和优越性;适当增大靴形喷油规律的喷油提前角有助于改善燃烧;靴形喷油规律匹配较大的预喷油量和预喷提前角可以提高燃油与缸内空气的混合程度,具有较好的排放效果。     

喷油提前角对双燃料柴油机燃烧和排放的影响

为研究喷油提前角对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建柴油-甲醇双燃料燃烧室模型。通过仿真实验的方法,研究当甲醇掺混比为20%,喷油提前角分别为 16.6°、18.6°、20.6°、22.6°时,对柴油机燃烧、排放、动力特性的影响。研究结果表明:随着喷油提前角的逐渐增大,缸内混合气质量得到改善,从而优化混合燃料在缸内燃烧的质量,同时还可观察到放热率曲线逐渐前移且峰值增加。分析数据可知,在甲醇掺混比为20%,喷油提前角20.6°时,NO排放较原机排放增加29.83%,Soot排放量降低30.5%,CO排放量降低5.6%,指示功率增为58.75 kW。     

柴油-丙烷发动机不同喷油提前角时的燃烧和排放特性

在一台单缸直喷式柴油机上开展了不同喷油提前角下燃用柴油和柴油-丙烷混合燃料时的燃烧和排放特性研究.研究结果表明:柴油-丙烷混合燃料的燃烧与排放参数随喷油提前角的变化趋势与燃用纯柴油时基本相同;对于给定的平均有效压力,柴油-丙烷混合燃料的放热率峰值和NOx排放随喷油提前角的推迟而减小,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随喷油提前角的推迟而增加;对于给定的平均有效压力和喷油提前角,放热率峰值和NOx排放随混合燃料中丙烷含量的增加而增大,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随丙烷含量的增加而减小.     

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.     

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．     

喷油定时和涡流比对低温燃烧影响的模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)软件和耦合自行编写的程序,对一台柴油机进行低温燃烧模拟研究,对比分析不同废气再循环(EGR)率、喷油定时和涡流比对燃烧和排放的影响.结果表明,随着EGR率增大,燃烧放热过程滞后,缸内压力、温度和放热率峰值和累计放热量降低,壁面油膜生成增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低的同时,碳烟(soot)、未燃碳氢化物(UHC)和CO排放增加;固定EGR率为40%的同时将喷油定时曲轴转角从353°提前至345°,可使燃烧放热过程适当提前,并有利于提高热效率和改善燃油经济性;保持EGR率为40%,喷油定时曲轴转角为345°时,随着涡流比的增大,soot和UHC排放减少,而CO排放出现先减少后增大的趋势,涡流比为3.0时,综合效果较好.     

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布. 结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少. 海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系. 随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.      

4190ZLC-2柴油机燃油喷射系统参数匹配试验

基于4190ZLC-2船用中速柴油机电控化改造燃烧与性能测试平台,测取在额定工况下不同供油提前角柴油机的性能参数,分析供油提前角对柴油机运行性能的影响规律,并根据不同凸轮作用段在最佳供油提前角的对比选型,发现“14.6℃A”凸轮作用段具有较好的喷油特性。在柱塞直径、喷油提前角和凸轮作用段分别为14 mm、26℃A和14.6℃A时,测试与分析了喷孔直径变化对负荷特性和推进特性的影响。结果表明:综合性能最佳的喷孔直径为0.26 mm,其在满足经济性前提下的NOx排放较优,可为燃油喷射系统参数匹配提供理论依据和试验依据。     

生物制气-柴油发动机放热规律的影响因素

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,作为以柴油引燃的双燃料发动机的主要燃料．双燃料发动机由一单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装而成,生物制气通过发动机进气管,在进气过程中被吸入气缸．实测生物制气-柴油双燃料发动机气缸压力,根据气缸压力计算放热规律并分析转速、负荷及供油提前角对它的影响．负荷增大时,双燃料发动机燃烧始点提前,最大燃烧放热率增高,最高燃烧温度升高,后燃加重;转速增大时,燃烧推迟;供油提前角增大时,最大放热率降低,对应相位提前,后燃减少．     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的性能与排放研究

为了给柴油／乙醇混合燃料的应用提供试验和理论依据，进行了柴油机燃用柴油／乙醇混合燃料的性能与排放研究，研究结果表明：随着燃料中乙醇掺混比例的增加，有效燃油消耗率有所增加，但当量柴油有效燃油消耗率降低，有效热效率增加；在掺混比例较高时，需要添加十六烷值改进剂提高混合燃料的十六烷值；在同一工况下，发动机排气烟度随乙醇的加入而减少，NOx排放则无明显的增加；排气烟度的下降率随含氧量的增加而增大，未添加十六烷值改进剂时升高的幅度小于添加十六烷值改进剂后．减小供油提前角，NOx排放下降，排气烟度增加。     

生物柴油/柴油混合燃料喷油提前角优化

为了得到使用生物柴油/柴油混合燃料的最佳喷油提前角,对不同角度混合燃料的燃烧和排放特性进行了研究。结果表明:喷油滞后(提前),燃烧压力、压力升高率与瞬时燃烧放热率降低(增加),曲线后移(前移)。NOx排放降低(增加),且随着负荷的增加,降低(增加)的幅度增大。原机条件下混合燃料烟度最低,喷油提前和滞后都会引起烟度的增加。喷油适当滞后(降低3°)可以在烟度增加不多的情况下有效控制生物柴油/柴油混合燃料的NOx排放,同时压力升高率的降低会使发动机工作更加柔和。