后喷对轻型柴油机燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型柴油机为样机,研究了常用转速1600r.min -1、小负荷率工况下,后喷对柴油机NOx和soot排放特性、燃烧过程及油耗的影响规律.结果表明:后喷会使缸内温度在主燃烧末期再次提升;随着后喷油量增加,主燃烧段缸内压力、最高燃烧温度、平均燃烧温度及主燃烧放热率峰值逐渐降低;随着喷间隔角增加,主燃烧段缸内压力及烧放热率峰值略微上升,但缸内平均温度降低.在小负荷率工况,后喷可以同时有效降低NOx和soot排放,随着后喷油量增加,NOx和soot排放逐渐减少;随着后喷间隔角的增加NOx排放不断减少,soot排放呈现先减小后增加趋势;后喷会增加柴油机的燃油消耗,且随着后喷油量和后喷间隔角的增加,燃油消耗不断上升.     

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.     

改变燃烧室形状对135系列柴油机燃烧效果影响的数值模拟

使用通用的计算流动软件Star-CD,对具有螺旋进气道的135系列柴油机采用四种不同燃烧室时的进气和燃烧过程进行数值模拟,并对结果进行对比研究.柴油机燃烧室包括偏心ω燃烧室、长脖ω燃烧室、双ω燃烧室,及作为标定用的平顶燃烧室.计算结果表明:采用偏心ω燃烧室时具有相对最高的缸内平均温度、缸内压力和燃油蒸发率.分析结果认为,135系列柴油机采用偏心ω燃烧室时具有相对好的燃烧效果和工作性能.     

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.     

柴油机燃烧过程的数值模拟及燃烧室改进

为了改善柴油机燃烧室内混合气的形成状态和燃烧质量,对改装DLH1105型直喷柴油机缸内喷雾和燃烧过程进行了动态数值模拟,并在压缩比不变的情况下设计了3种不同结构的燃烧室,分别为敞口型、直口型和缩口型.通过STAR-CD软件对3种结构的燃烧室进行了三维数值模拟,获得了柴油机的缸内流场、燃油质量分数分布和温度场.结果表明:模拟出的缸内喷雾和燃烧过程与可视化试验的结果吻合,计算模拟的方法可靠;缩口型燃烧室有较强的挤流强度,较长的涡流持续期,使混合气质量和燃烧性能优于直口燃烧室和敞口燃烧室,缸内压力和平均温度最高,Soot生成量最少,同时NO的生成量最大.     

磁场对柴油机燃油性能的影响

对磁场作用下柴油机燃油的耗油量进行了研究,结果表明:磁场和温度对柴油机燃油的耗油量都有影响,在相同的条件下,合适的磁场强度可以很大地降低柴油机燃油的使用量.     

初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

喷射率对柴油机性能和排放影响数值模拟研究

为了以较低的成本降低中速大功率船用柴油机的NOx排放,开发了一种可实现靴型燃油喷射规律的调压孔武喷油泵.利用三维CFD软件AVL FIRE v8.5对某大功率中速船用柴油机的缸内流动、混合气形成和燃烧过程进行了模拟计算,分析了调压孔式喷油泵的靴型喷射规律在2种负荷、3种喷油定时下对柴油机性能和排放的影响.结果表明:所用...     

车用直喷式柴油机燃烧压力振荡控制的研究

针对柴油机缸内燃烧压力振荡对发动机工作过程产生的重要影响，试验研究和理论分析转速、负荷、喷油提前角等对直喷式柴油机燃烧压力振荡的影响．研究结果表明：随着运行参数的变化，柴油机的滞燃期发生了变化，从而影响了滞燃期内喷入气缸的燃油量，严格控制滞燃期可以有效地降低燃烧压力振荡强度．缸内燃烧压力振荡的研究，为改善柴油机的缸内燃烧过程及其工作过程的可靠性提供了依据．     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

HCCI条件下柴油机缸外喷射及燃烧的数值模拟

设计了在进气道处增加Laval喷管来改变喷油参数,促进燃油与空气混合,以实现HCCI的燃烧条件.使用Star-CD软件对此设计过程的柴油机喷射及燃烧进行数值模拟试验.计算结果表明:利用Laval管实现进气道超音速气流方式喷射燃油(称为前者)其粒子直径的分布范围比缸内直喷方式(称为后者)要均匀的多,也小得多;后者燃油蒸发速度比前者要快;前者因缸内燃油浓度过分均匀而导致压燃时温度较低.分析认为,此方法可使燃油雾化效果明显增强,但并未引起燃烧温度的剧烈变化.     

进气掺混二氧化碳对柴油机燃烧过程影响的可视化研究

为了研究CO_2对柴油机燃烧特性的影响,文章在一台视窗上置式柴油机可视化装置上进行试验,用高速摄像机记录下油门全开时柴油机进气掺混CO_2燃烧过程的火焰图像,应用三基色法计算了燃烧温度场,并结合示功图和放热率曲线分析了进气掺混CO_2对柴油机着火和燃烧过程的影响。分析结果表明:随着掺混CO_2比例的增加,着火时刻推迟,燃烧速率下降,燃烧持续时间不断缩短;缸内最大爆发压力下降,达到峰值压力的时间推迟;放热率峰值下降,放热率曲线整体推后;缸内瞬态最高温度和平均温度均相应降低。     

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%。     

生物柴油燃烧过程NO_x生成机理的分析

为了研究生物柴油燃烧过程NOx形成机理,进行了柴油机燃用生物柴油和石化柴油的对比试验,并基于实测的缸内压力示功图计算了燃烧放热规律.以实际的瞬时放热率并结合燃料燃烧的化学平衡分析,建立了基于Zeldovich机理的NO生成模型.从放热时刻、燃烧温度、含氧量等燃烧特征参数分析了对NO形成的影响,对柴油机燃用生物柴油产生较多NOx排放作出了解释.结果表明:尽管柴油机燃用生物柴油的缸内平均温度有所降低,但由于柴油机燃用生物柴油的着火时刻较早,较早地达到了NO生成的触发温度,此外生物柴油属于含氧燃料,燃烧区域的氧浓度高,这两者的贡献使得生物柴油发动机产生的NOx排放比柴油发动机多.     

掺混比对正丁醇—柴油混合燃料性能影响的研究

为了研究正丁醇—柴油混合燃料对柴油机性能的影响,在一台单缸风冷柴油机上进行了正丁醇—柴油混合燃料的试验研究。试验分别选择了6种不同掺混比(B5,B10,B15,B20,B30,B40)的正丁醇—柴油混合燃料进行动力性、排放性和燃油经济性的对比分析。结果显示,三种转速下,B5~B30范围内,随着正丁醇掺混比的增加,缸内平均压力和燃烧放热率峰值逐渐升高,且放热率峰值后移。额定工况(3 600 r/min,100%负荷)下,B40混合燃油缸内平均压力峰值低于纯柴油,柴油机功率下降。随着掺混比的增加,小负荷(10%和25%负荷)时,NO排放略有降低,幅度为3.71%~11.6%。大负荷(75%和100%负荷)时,NO排放随掺混比增加逐渐增多。额定工况时,B40的NO排放相对纯柴油升高14.1%,B30升高11.3%。所有工况下,碳烟排放随掺混比增加都有一定程度降低。大负荷高转速(3 600 r/min)时,碳烟排放降低最为明显。额定工况下,B40的碳烟降低达50.9%,B30降低43%。B0~B30范围内,燃油消耗率相对纯柴油变化不明显,B40时显著上升。从动力性,排放性及燃油经济性三方面综合考虑,B30为最优方案。     

对置活塞二冲程柴油机喷油角度对油气混合的影响

对于对置活塞对置气缸(OPOC)柴油机燃烧组织困难的特点,利用AVL FIRE软件对该型样机不同的喷油策略进行模拟计算,对比分析不同喷油方案下的缸内湍动能、缸内平均温度分布、缸内压力分布以及燃烧累积放热量对燃烧性能的影响。结果表明:优化喷油方向是改善燃烧的有效手段,其中优化喷油角度可以有利于湍动能的形成,更好地促进组织燃烧,从而提高柴油机的性能。     

燃烧室几何尺寸对喷雾碰壁过程的影响

运用CFD软件对小缸径柴油机三种燃烧室进行了两相喷雾碰壁过程的数值模拟,考察了不同燃烧室形状对碰壁后燃油沿壁面运动、蒸发过程的影响,并比较了近壁面区域燃油浓度和缸内速度场的分布情况.结果表明,燃烧室的几何尺寸对缸内流场有着重要影响,不同的燃烧室对碰壁处燃油堆积程度明显不同,φ℃A=380°时,B型燃烧室燃油堆积情况较A型与C型严重,这主要受凹坑内壁面不同曲率的影响.当活塞运行到φ℃A=390,°碰壁点移动到挤流唇时,进入挤流区的燃油受缸内逆挤流的影响,其发展形态存在很大差异,A型与B型燃烧室油束前锋略微翘起,将有助于避免与缸壁发生“淬冷”,降低未燃HC的排放.在φ℃A=400°时,活塞下行使三种燃烧室后期的流场涡团各异,并直接影响燃油蒸气的分布.     

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.     

喷油压力和油束夹角对高强化柴油机的影响

本研究通过建立数学模型,采用移动的缸内燃烧模型,应用FIRE软件进行模拟仿真,并结合实验和缸内微观机制分析,从不同角度分析了喷油压力和油柬夹角对高强化柴油机性能的影响。针对所研究的柴油机,经实验和仿真分析得出：随着喷油压力的提高,燃油利用率升高,有效功率增加,燃油消耗率降低,降低Soot的排放效果明显,但会使NOx的排放增加;最佳油柬夹角和喷束落点范围出现在160°处,在这个角度时,油气混合最均匀,燃烧状况最好。     

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.