临界温度下循环喷油量对柴油机冷起动和排放特性的影响

为探明循环喷油量对小型农用柴油机冷起动特性和排放性能的影响规律,同时寻求其临界温度下的最佳循环喷油量,该研究以一款直列双缸高压共轨柴油发动机为研究对象,利用环境模拟舱整机试验平台,通过多次预试验测得海拔2000 m下,该机不开启预热装置能够成功起动的临界温度为-5℃。在此工况下,采用3次喷射方式,通过改变主喷油量研究循环喷油量对该机冷起动特性和排放性能的影响。结果表明:较大或较小的循环喷油量均会导致柴油机冷起动时间增加,甚至起动失败;随着循环喷油量增大,冷起动时间先减小后增加,循环喷油量为20 mg时冷起动时间最短,且HC、CO排放峰值均最低,分别为12984和3008 mg/L;增大或减少循环喷油量均会导致HC和CO排放峰值增加。循环喷油量较大时,CO排放峰值显著增加,并且峰值出现时刻提前。改变循环喷油量对NOx排放峰值有较大影响,循环喷油量为30 mg时NOx排放峰值最小,为368 mg/L。综合考虑,海拔高度2000 m,环境温度-5℃工况下该柴油机起动的最佳循环喷油量为20 mg。研究结果可为柴油机冷起动特性和排放优化提供支撑。

机体振动信号时频特性与燃烧压力相关性分析

为了探明机体振动信号与缸内燃烧状态间的相关性,本文通过改变转速、转矩、润滑油温度及配缸间隙形成不同的燃烧状态,利用连续小波变换算法得到了振动信号时频域特性,并与燃烧压力峰值进行对比分析。结果表明:随转速增加,燃烧压力峰值出现波动,8 kHz以上成分的能量总体呈增加的趋势;随转矩增加,燃烧压力峰值及振动信号的能量均增加;随润滑油温度升高,20 kHz以上主要频率成分的能量增加;随配缸间隙增加,10kHz以上频率成分的能量总体呈增加的趋势。

不同海拔下氢气/柴油双燃料发动机燃烧与排放特性研究

基于大气模拟综合测试系统,模拟0 m、1 000 m和2 000 m海拔的大气压,对不同海拔下氢气/柴油双燃料发动机燃烧与排放特性进行研究。研究结果表明:不同海拔下,随着氢气替代率增加,预混合燃烧增强,缸内燃烧速度加快,缸压峰值升高,其对应相位提前;碳烟和CO排放先下降后上升,NO_(x)排放增加,CO_(2)排放减少。随着海拔上升,过量空气系数减小,有效热效率降低。转速为1 600 r/min时,随着海拔高度升高,预混合燃烧减弱,发动机缸压峰值下降,其对应相位推迟;CO排放最低时,与0 m海拔比较,海拔上升至1 000 m、2 000 m,碳烟排放分别增加44.44%和127.78%,CO排放增加8.95%和16.86%,CO_(2)排放增加4.34%和16.86%,碳烟和CO_(2)排放增幅随海拔增加而上升。转速为3 000 r/min时,随着海拔高度上升,缸压峰值略有升高,缸压峰值对应相位提前,预混合燃烧增强;碳烟、NO_(x)、CO和CO_(2)排放升高,排放增幅随海拔升高而增大。与海拔0 m比较,当碳烟排放最低时,海拔上升至1 000 m、2 000 m,碳烟排放分别升高18.67%和56.04%,NO_(x)排放分别上升14.78%和38.40%,CO_(2)排放分别升高7.29%和15.80%;CO排放最低时,海拔上升至1 000 m、2 000 m,CO排放分别上升24.53%和62.87%。

国六柴油机轨压和喷油正时对柴油机性能的影响

为优化柴油机性能,基于一台配备了完整国Ⅵ后处理系统的高压共轨直列4缸柴油机,开展了柴油机负荷特性研究,在此基础上研究轨压和喷油正时对柴油机性能的影响。研究结果表明:以适当较小的轨压配合较为提前的喷油正时可以达到较为理想的柴油机油耗及排放;轨压和喷油正时对HC排放的影响较小;轨压对柴油机油耗、排温、NOx排放、CO排放的影响较大,且在中等偏高负荷时更为敏感,随着轨压增加了57 MPa,柴油机油耗、排温分别下降了16.1 g/(kW·h)、63℃,NOx排放上升了663×10^(-6),CO排放下降了785×10^(-6);喷油正时对烟度及柴油机氧化催化器前端温度T4、柴油机颗粒捕集器前端温度T5、选择性催化还原系统前端温度T6的影响较大,且在低负荷时更为敏感。随着喷油正时提前6.0°,烟度下降了0.43%,T4、T5、T6峰值出现在轨压为76 MPa且喷油正时为上止点前7.5°时,温度分别为315.3、338.4、329.3℃。

一种发射系下旋转弹的捷联惯导算法

为了提高旋转弹的姿态测量精度,提出了一种发射系下的旋转弹捷联导航算法。首先,推导了发射系导航更新方程;然后,利用传感器测量的前周期角速率对姿态更新算法进行优化,推导了基于角速率的旋转矢量更新算法及其算法误差;最后,采用陀螺仪标度因数的提升方法,实现了捷联惯导姿态测量精度有效的提高。通过对双子样、优化双子样算法在自旋运动条件下的数学仿真、基于转台的半实物仿真试验进行了验证。试验结果表明:在自旋机动条件下,相较于传统双子样算法,基于发射系的旋转弹捷联导航算法具有更高的精度,验证了算法在工程应用实现的正确性和有效性。

船用柴油机均值模型建模及仿真研究

柴油机模型的研究是探究柴油机性能、实现虚拟仿真的基础,可缩短仿真计算时间、有效节约柴油机开发成本。本文以RK270柴油机为研究对象,使用GT-POWER软件建立稳态性能仿真模型,在此基础上,采用仿真精度高、计算速度快的平均值法,以C++语言建立柴油机平均值模型,并归纳通用的平均值模型建模标定校核流程;提出二元响应拟合的方法,解决了涡轮增压器特性参数处理困难的问题,并借助数学工具,获得了压气机主要工作区域内拟合精度较高的模型。完成模型开发后,分析了8组工况下的仿真结果,通过误差分析,验证了模型的准确性,丰富完善了柴油机建模理论和方法,可应用于实时控制模型的动态仿真或者实现与船舶动力系统的交互。

增压器钛铝涡轮过盈连接结合强度研究

轻质钛铝(TiAl)涡轮能够显著提高涡轮增压发动机的动力性能,而TiAl涡轮与K418过渡体之间的过盈连接失效问题对增压器安全运行有重要影响。考虑了TiAl涡轮和K418过渡体材料非线性、损伤准则,建立了TiAl涡轮过盈连接强度有限元模型,通过拉伸试验验证了该模型的准确性。在此基础上,构建了接触应力与摩擦系数的关系公式,并探索了温度和高温条件下转速对TiAl涡轮过盈连接强度的影响。结果表明:在400~700℃时,随着温度上升,结构过盈界面接触应力衰减呈上升趋势,过盈连接强度下降幅度增加;在高温条件下,转速越大,过盈连接强度下降幅度越大。

DPF炭烟和灰分加载对不同增压系统柴油机性能的影响

基于某直列6缸增压柴油机试验台架,构建了柴油机+DPF的一维热力学仿真模型,研究了DPF炭烟和灰分加载对不同增压系统柴油机性能的影响。研究结果表明,DPF炭烟和灰分加载会导致单级增压(1TC)和二级增压(2TC)柴油机排气背压升高,进气充量降低,从而导致动力性下降,有效燃油消耗量升高,NO x排放量下降,soot排放量增加。炭烟因其深床炭烟层和较低的渗透率有利于捕集颗粒,提高了DPF捕集效率;而灰分由于其存在灰分堵头降低了孔道有效过滤长度,导致DPF捕集效率下降。DPF炭烟和灰分加载导致1TC柴油机扭矩和燃油消耗率在1000 r/min分别下降22.8%和29.6%,在2200 r/min分别下降2.1%和2.2%;而2TC柴油机扭矩和燃油消耗率在1000 r/min分别下降6.7%和7.1%,在2200 r/min分别下降10.7%和11.9%。二级增压可以降低DPF炭烟和灰分加载对柴油机性能的影响。

基于自适应阈值诊断的发动机失火故障实时检测功能开发

针对当前车载诊断系统失火诊断策略在功能逻辑、结果输出及阈值标定等方面的局限性,在不增加算法计算量与硬件资源的基础上,本文提出一种自适应阈值算法的诊断策略。该策略以角度域识别方法为基础,通过相对散差分析实时寻找失火敏感区域得到计算时间单元;以各工作气缸时间单元为基础计算各缸时间单元变化值,并进行加权平均构建失火特征信号,以此作为诊断分析对象;对于阈值自适应过程,根据发动机转速及负荷定义基础阈值,对随机失火进行当前工作气缸时间单元变化修正,对连续失火进行当前工作循环分缸滤波后的失火特征信号最小值修正。实车验证试验结果表明:新策略可以实现诊断阈值随发动机工况实时跟随并根据失火特征信号表现完成自适应调整,改善了高速、小负荷工况失火诊断效果;失火诊断结果在当前工作气缸即可完成输出,诊断实时性提高89%;连续失火模式下,经分缸滤波后的失火特征信号正向幅值提升25%以上;发动机全工况范围均可实现多种失火类型检测,不需要根据车辆行驶状态与工况单独设置诊断阈值,从而减少了大量标定工作,降低车辆散差影响。

过盈量对干式缸套变形规律的影响研究

以某干式缸套柴油机为原型,采用有限元仿真的方法,建立了机体、缸盖、缸垫、缸套、螺栓等组合的有限元模型,分别在预紧工况和热机耦合工况下对比研究了施加过盈量前后的气缸套变形规律。研究结果表明:在装配工况下,从缸套顶部至缸套底部,缸套的变形量都逐渐变小,施加了过盈量后的缸套综合变形增加了近两倍,综合变形量最大出现在第四缸上部的290°区域,变形量为19.4μm。在多个载荷的耦合作用下,不同缸爆发时的缸套变形趋势和单独施加螺栓预紧力的变形趋势几乎一致,从缸套顶部至底部,变形量逐渐较小,第二、三缸变形较小,第一、四缸靠近自由端两侧变形较大,最大变形出现的位置从顶部90°方向移动至0°方向附近,变形量为302.8μm。

重型柴油机低温起动及暖机过程的颗粒排放特性

低温环境下重型柴油机起动过程碳烟颗粒排放较高,严重影响起动效率。柴油机的低温起动性能受冷却液和润滑油温度的影响,为揭示低温环境下柴油机起动过程的碳烟颗粒排放变化规律,通过单缸发动机台架试验,对起动和暖机过程不同初始水温油温条件下的缸内压力、碳烟烟度和颗粒物浓度排放进行测量。试验结果表明:发动机低温起动初期碳烟排放最高,随着起动和暖机过程中水温油温升高碳烟排放逐渐降低,聚集态颗粒数浓度降低,核态颗粒数浓度升高,总颗粒数浓度受核态颗粒主导而升高;低温起动时提高初始水温、油温,起动和暖机过程中碳烟排放降低,核态颗粒数浓度、粒径、表面积和质量均降低,聚集态颗粒数浓度降低,大尺寸聚集态颗粒增多使得颗粒表面积和质量升高;低温环境下提高加温锅的加热能力以升高初始水温油温,可降低起动过程的碳烟和颗粒数排放,有助于提高起动效率和减少环境污染。

重型柴油机匹配双喷SCR系统实现超低排放的研究

以一款满足国六b排放标准的重型柴油机为研究对象,探索匹配双喷铜基SCR系统实现超低排放的潜力。研究表明:匹配双喷SCR系统的柴油机通过排气热管理优化、氨存储和当量喷射策略的协同优化,具有满足欧七排放草案限值的能力。同时发现,尿素喷射会大幅度增加PN排放,对PN_(10)的影响远大于对PN_(23)的影响,其中ufSCR的尿素喷射对PN_(10)排放影响较大,可通过优化SCR混合器降低PN_(10)排放。发动机本体的N_(2)O排放较低,N_(2)O主要在催化器产生,特别是SCR和ASC单元;在不同温度区间NO_(2)的生成机理和速率有较大区别,与尿素喷射量有较大关联性。

内燃机余热回收低压有机朗肯循环系统性能优化及试验

利用工质比热容与余热源之间的匹配关系,提出了缸套水与烟气余热分别由五氟丙烷(R245fa)工质两相区与过热区匹配吸收的单回路低蒸发压力有机朗肯循环(SLL-ORC),并与复杂度相当的预回热CO_(2)跨临界动力循环(PR-CTPC)进行对比.结果表明:在回收余热温度低、缸套水余热量大的内燃机余热时,SLL-ORC性能较好,其理论最大输出功率为16.13 kW,对应蒸发压力为910 kPa、过热度为80℃,且余热回收系统具有较高的热效率.基于此SLL-ORC构型搭建试验台架,试验验证了缸套水在R245fa工质两相区回收的可行性,在试验测试余热源和透平转速均未达到设计值时系统发电机产生的电能为9.41 kW,有效提升柴油机热效率绝对值可达2.98%.

汽车发动机高压共轨系统轨压特性分析与优化

基于关键零/部件参数,建立了汽车发动机高压共轨喷射系统的数学模型,使用AMESim软件进行仿真模拟,并通过试验分析验证了该仿真模型的准确性。通过对系统轨压波动和压力特性进行仿真分析,得出共轨管长度、内径和高压油管内径是影响系统轨压特性的重要参数。针对原始共轨管和高压油管模型,利用响应曲面法对共轨管和高压油管参数进行优化分析,并得出以平均轨压设定值为目标的共轨管和高压油管的最佳结构参数。经过优化后,汽车发动机高压共轨喷射系统的平均轨压提高了0.65%,整体轨压波动平均值降低了79.48%,单次喷射过程中轨压波动平均值降低了27.89%,平均喷油压力提高了0.63%,其喷油特性得到明显的改善。

基于燃烧状态反馈的柴油机低温冷起动逐循环控制研究

为改善低温冷起动工况不良燃烧循环,利用CompactRIO控制器开发了燃烧状态反馈系统,实现了缸压采集和燃烧状态参数实时计算及反馈。设计试验探明了不同温度和转速下喷油时刻对CA50(缸内累积放热量达到50%时所对应的曲轴转角)的影响规律,提出了基于燃烧状态反馈的喷油时刻逐循环控制方法,实现了燃烧参数与控制参数的匹配。采用该控制方法后CA50更集中在高效燃烧区间,最高燃烧压力更高且不良燃烧循环得到改善,起动时间平均减少36%,有效改善了柴油机低温冷起动性能。

圆筒型永磁直线电机电磁振动特性研究

为了研究圆筒形直线电机的电磁振动特性,通过建立考虑电磁力空间分布的圆筒型永磁直线电机电磁振动解析模型,对该型电机的振动机理进行了研究。首先,基于Love壳体理论推导了电机简化壳体的模态参数;然后,结合圆筒永磁直线电机特有的轴向简谐分布、周向均匀分布电磁力,基于模态叠加法计算了电机简化壳体电磁振动,解析计算结果与有限元仿真值吻合较好;最后,利用所建立的解析模型分析发现,圆筒型直线电机电磁振动由径向呼吸模态决定,改变变频器的开关频率降低了电机的高频电磁振动幅值,相关理论分析和计算结果通过样机试验得到了验证。

混合储能系统载波移相充放电控制策略

为了提高混合储能运行的安全性和灵活性,确保储能模块的均衡性和一致性,首先针对电磁发射负载复杂的运行特性,设计了一种混合储能分组级联拓扑结构,详细介绍了其工作原理和4种运行模式;然后,开展了针对混合储能分组级联拓扑的载波移相充放电控制的研究,分别结合锂电池充电模式、超级电容充电模式以及电磁发射驱动模式,研究了载波移相策略的应用方法和充放电策略;最后,针对上述3种模式分别进行了试验,验证了载波移相策略的可行性以及在锂电池模块故障状态下瞬时旁路的功能,同时证明了该策略具有提高系统灵活性、保持各锂电池储能模块均衡性和一致性的优势特点。

米勒循环对重型柴油机燃烧和排放的影响

基于某重型高压共轨柴油机开展了米勒循环在外特性工况点、排放控制工况点和最低燃油消耗率工况点对发动机性能、燃烧和排放的影响研究.米勒循环依靠进气门晚关来实现,其中进气门关闭时刻分别推迟了30°、50°和70°CA.结果表明:重型柴油机应用米勒循环能够在实现较低缸内压力峰值下,较低燃油消耗率的目标,相同缸内压力峰值下燃油消耗率能够降低约1 g/(kW·h);大的进气门晚关角度能够实现在相同燃油消耗率下,排气温度提升20℃以上,可作为发动机排气热管理的储备技术.大的进气门晚关角度在外特性高转速段会造成功率损失,因而必须与高效增压器配合使用才能保证全局功率不损失,同时降低燃油消耗率,提升排气温度.

某V型发动机降噪件噪声验证

文章通过对特定型号发动机的两个在发动机运行中产生较大噪声机械部件:前端盖板以及左缸罩盖的结构以及材料进行优化处理,即将前端盖板以及左缸罩盖的材料ZL106/108更换为6061铝合金材料,同时在前端盖板以及左缸罩盖的结构上加设加强筋条,使其平面模态达到3000Hz,之后采用工程九点噪声验证来验证整体噪声,前端面噪声以及左侧噪声的降幅值,有效地降低了该型号发动机的整机噪声,前端面噪声以及左侧噪声,满足了开发要求。

椰子油催化裂解提质生物油的燃烧性能评价

在温度450℃、氮气气氛下,将椰子油液相热解为椰子油热解油,然后进一步以CaO为催化剂进行气相催化裂解制得提质生物油。将柴油、提质生物油和棕榈生物柴油按不同比例混合得到柴油-提质生物油二元燃料和柴油-提质生物油-生物柴油三元燃料,采用柴油机测试混合燃料的燃油经济性和燃烧性能。结果表明:与椰子油热解油相比,提质生物油的酸值显著降低,低热值提升4.46%,含氧质量分数下降31%。柴油-提质生物油-生物柴油三元燃料在预喷阶段的放热率比柴油略有下降,而在主喷阶段的放热率有所升高,这与2段喷射期间的缸内压力变化相一致。与柴油-提质生物油二元燃料相比,生物柴油的加入使得三元燃料的十六烷值得到提升,滞燃期缩短,放热起始点提前,并且瞬时放热率峰值相位更加接近柴油。因此,柴油-提质生物油-生物柴油三元燃料在燃烧特性上更接近柴油,更适合作为理想的替代燃料。