高效低排放柴油机喷油器喷嘴几何结构研究

研究了喷油器喷孔形状、喷孔流量和喷雾锥角对发动机燃烧及性能的影响.结果表明:锥形喷孔(Ks形状)的喷油器具有较高的流量系数和较长的贯穿距,能够改善柴油机的雾化质量,从而提高指示热效率并降低颗粒物排放;同时,相对较长的燃油贯穿距和较短的喷射持续期在发动机高负荷时的作用更为显著.喷油器垫圈厚度(喷嘴凸出高度)对油束在燃烧室中的合理分布影响很大,喷雾锥角越大,为达到最佳性能需要的垫圈越薄,反之亦然.最后,对发动机的整体效率进行了分析,结果表明:喷雾锥角为146°的喷油器与厚度为2.0 mm的垫圈组合,在保持较高发动机效率的同时,能够实现最低的发动机NOx排放,降低选择性催化还原(SCR)系统中的尿素消耗,实现最低的总液体消耗量,从而降低发动机的总运行成本.

基于高低压EGR技术实现高效天然气发动机燃烧

针对某国Ⅵ天然气发动机开展了提升进气混合均匀性和发动机经济性的试验,分析了进气系统结构优化(包含加装扰流器)对进气混合均匀性的影响;同时研究了高低压废气再循环(EGR)技术(即EGR从涡轮机前取气而从压气机前引入)对发动机燃烧和性能的影响规律以及探索了其实现高效燃烧的潜力.结果表明:对进气系统结构的优化能显著改善混合气的混合均匀性,减少各缸燃烧差异从而改善发动机经济性.高低压EGR技术的应用能显著减小EGR引入对高涡前压力依赖的需求,相比高压EGR方案可匹配更大涡端增压器同时满足对大比例EGR率的需求,从而显著降低泵气损失;并且高低压EGR技术降低了进气歧管温度来提高充量系数;此外,采用高低压EGR技术延长了混合气的混合时间尺度,进一步提高混合均匀性.最终,更加高效的燃烧和较低的泵气损失使发动机有效热效率(BTE)从原机水平39.12%提升至40.63%,改善幅度达3.9%.

高压共轨喷油器设计参数对性能影响的研究

对一种新型高压共轨式柴油机电控喷油器的结构参数对喷油器响应特性、喷油规律的影响进行了试验研究 ,设计了一种新型的液力平衡式电磁阀并对其结构参数进行了参数优化研究。给出了控制室结构参数对喷油器液力响应特性和喷油规律形状剪裁的研究结果 ,实现了喷油规律形状的灵活控制 ,因此称该喷油器为灵活控制喷油规律的共轨喷油器 ,简称 FIRCRI。

基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制燃烧系统

为了实现柴油机NOx和碳烟超低排放的目标,提出了基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制均质压燃(简称HCCI)燃烧系统。该系统应用电控共轨燃油系统对燃油喷射规律实现多脉冲灵活控制,通过提前角大于上止点前90°的多次脉冲喷射,成功控制了预混合气的形成、着火和燃烧过程。从小负荷直到平均有效压力高达0.79MPa的大负荷,均成功实现了以预混压燃燃烧为主要特征的燃烧过程,使柴油机的烟度始终能够控制在0.5BSU以下,HC排放小于40×10-6,而NOx大幅度降低至240×10-6。

柴油机HCCI燃烧过程中自燃着火和燃烧速率控制的研究

提出了多脉冲复合喷射控制系统以解决在柴油机上实现均质压燃着火燃烧模式(HCCI)的主要难点,即预混合气形成、自燃着火速率和燃烧速率的控制。研究了多脉冲喷射控制参数对自燃着火和燃烧速率的影响。结果表明利用该方法当发动机负荷提高平均指示压力0.93MPa时,成功实现了可控预混均质压燃燃烧。

喷射参数对柴油HCCI复合燃烧过程燃烧效率及散热损失影响的研究

在复合燃烧模式下研究了喷射参数对燃烧效率、散热损失和热效率的影响。试验结果表明,改变多脉冲喷射定时可控制预混燃烧放热幅度,影响NOx与HC和CO排放的折中关系。多脉冲喷射定时提前,NOx排放减少,但HC和CO增加,导致燃烧效率降低。在平均指示压力0 78MPa下,当采用复合燃烧模式,随主喷射后推,主喷射定时为3°CAATDC时,可获得最高燃烧效率,同时NOx排放仅为280×10-6,烟度为0 4BSU,相对此主喷定时,提前或拖后喷射都会使HC和CO排放增加,从而造成燃烧效率降低。

油束空间分布锥角对柴油可控预混压燃燃烧排放影响的试验研究

在柴油可控预混压燃燃烧模式下,进行了油束空间分布锥角及多脉冲参数对排放影响的研究。试验结果表明,在采用155°和125°油束空间分布锥角的两种油嘴时,通过改变多脉冲喷射定时均可控制预混燃烧放热幅度,但对NOx、HC和CO排放的影响不同;在3次和6次多脉冲喷射条件下,采用小分布锥角(125°)油嘴能够增加有效贯穿距离,提高气缸轴线方向的空气利用率,从而在大脉冲喷射定时条件下改善CO排放,并且可减少50%以上的HC排放。

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。

基于EGR技术的低排放重型柴油机燃烧系统开发

针对一台共轨重型柴油机,围绕进气增压系统、燃烧室与喷油器结构参数和EGR参数等因素对重型柴油机燃烧过程、性能和排放特性的影响机理展开深入研究.结果表明,随转速降低和负荷增加,两级增压相比单级增压能明显提高EGR循环能力和空燃比,有效改善NOx与燃油消耗率(BSFC)以及NOx与碳烟之间的trade-off关系.通过合理降低燃烧室压缩比、优化设计燃烧室结构参数(缩口直径、凹坑深度)并采用带倒锥度喷孔喷油器,能同时有效改善碳烟和BSFC并降低缸内最大燃烧压力至合理水平.国4的欧洲稳态测试循环结果表明,随升功率增加,两级增压相比单级增压在性能和排放方面逐渐表现出明显优势.对于29.8,kW/L的功率段,两级增压耦合EGR在无后处理下使各项排放指标均满足国4限值要求,十三工况加权BSFC相对基于选择催化还原(SCR)技术的国4柴油机仅增加3%左右.因此,两级增压是基于EGR技术的高升功率柴油机实现无后处理国4排放的一项有效燃烧优化技术.

MULINBUMP-HCCI复合燃烧放热特征及其对排放和热效率的影响

提出了基于多脉冲喷射和BUMP燃烧室的MULINBUMP HCCI复合燃烧技术。发动机试验和CFD数值模拟研究表明,多脉冲喷射参数,特别是多脉冲喷射定时可以控制预混合气的形成,从而控制燃烧放热率。具有分布式放热率的工作过程的热效率与直喷式柴油机相当,但同时改善了NOx和碳烟排放。在不采用废气再循环的条件下,NOx排放在较低负荷时只有11×10-6,高负荷时也不超过250×10-6。碳烟排放始终小于0 5BSU。

基于VGT的EGR对电控柴油机影响的试验研究

在一台电控共轨柴油机上,进行了基于可变涡轮截面增压器(VGT)控制的废气再循环(EGR)对柴油机燃烧、性能和排放影响的试验研究。系统研究了VGT开度、EGR率和喷油参数对柴油机性能和排放的影响。研究表明,采用基于VGT控制的EGR系统,调整VGT叶片位置,可以改变EGR率,实现最高43.2%的EGR率,从而有效地降低NOx;在调整优化喷油参数后,柴油机的排放有了很大的改善,烟度有较大幅度的降低,经过优化,气体排放可满足国Ⅳ排放法规的要求,十三工况加权当量比油耗比原国Ⅲ柴油机降低了4.2%,但是,采用EGR方案缸内最大爆发压力明显增大。

Bump环强化柴油混合过程的数值模拟研究

对双模式HCCI燃烧,促进其主喷阶段燃油的混合速率至关重要。采用CFD数值模拟方法研究了一种新型燃烧室设计———BUMP燃烧室对直喷柴油机喷雾燃烧过程的影响。结果表明,bump环扰动缸内气流运动产生复杂的流谱,形成强烈的湍流。燃油喷雾撞壁后,bump环剥离壁面射流形成二次空间射流,减少了燃油在燃烧室壁面的沉积,湍流混合速率大大增加。自燃着火时刻,BUMP燃烧室内有38.2%的燃油处于碳烟生成门槛之外,而对比燃烧室仅为28.9%。数值模拟解释了BUMP燃烧室同时降低NOx和碳烟排放的实验现象。此外,模拟还发现燃油混合速率对喷油定时非常敏感,存在一个高湍流混合速率曲轴转角区间。

共轨蓄压式电控喷射系统的喷油规律对发动机燃烧特性及排放性能的影响

通过调整共轨蓄压式电控喷射器的结构参数 ,可以实现基本型、快速断油型和分次喷射型的喷油规律。实验结果表明 :基本型喷射方案的燃烧放热规律呈现以预混合燃烧为主的单峰结构 ,缸内压力上升率较高 ;快速断油型喷射方案在基本型的基础上加快了停喷速度 ,可以获得更好的微粒与 NOx 折中关系 ,而且烟度对喷油提前角的变化不敏感 ;与单次喷射方案相比 ,使用分次喷射方案可以获得更好的烟度与 NOx 折中关系。

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程(英文)

提出了一种基于激光诱导荧光法的实验方案 ,采用增压式共轨喷油器 ,在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现 ,燃油喷雾在燃烧室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”(BUMP) ,使之从壁面剥离 ,剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流 ,进而形成较均匀、较稀薄的混合气 ,它有利于减少碳烟和 NOx

采用VNT/EGR和DOC降低柴油机排放的试验

在一台高压共轨柴油机上进行了采用基于可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)的废气再循环(EGR)系统(VNT/EGR)和柴油机氧化催化器(DOC)降低排放的试验研究。结果表明,通过调节VNT开度可以有效实现EGR循环和控制EGR率,显著降低NOx排放,并且在一定EGR率范围内对烟度影响较小。提高喷射压力可以较明显改善NOx和烟度的折衷关系,采用合理的后喷参数能够在不明显影响经济性和NOx排放的前提下显著降低烟度。对燃烧室进行降低压缩比的合理设计也可以明显改善NOx和烟度的折衷关系。在燃烧系统优化的基础上,最终加装DOC的ESC循环排放测试结果满足了国Ⅳ要求,其中PM为0.0191g/(kW·h),NOx为2.88g/(kW·h),HC和CO排放远低于国Ⅳ限值。

激光诱导荧光法研究柴油机新概念燃烧中的喷雾混合过程

建立了一套基于激光诱导荧光法的光学试验装置 ,用高压共轨式电控喷射器喷射燃油 ,其喷射压力达 12 0MPa。此喷射器能在微机控制下实现预喷射和分段喷射。定容燃烧弹预先充上气体 ,其主要成分是氮气 ,还有一部分是乙炔和氧的混合气。在燃油喷射之前 ,点燃乙炔和氧的混合气 ,使燃烧室内的压力上升至 6 MPa,温度上升至10 0 0 K。试验结果与前期的气体射流模拟结果吻合 ,在燃烧室壁面设置限流沿后 ,所产生的二次射流可以形成稀薄的混合气区。因此 ,使用限流沿的新概念混合气形成过程有望用于降低柴油机的碳烟和 NOx

实现重型柴油机低排放的喷油策略及其与后处理耦合

在燃烧系统优化基础上,围绕燃油喷射参数与控制策略、EGR等参数对共轨重型柴油机燃烧与排放特性的影响机理展开深入研究,通过喷油策略优化并与后处理系统耦合实现重型柴油机低排放.研究表明:小负荷采用单次喷射并通过降低喷油压力与推迟喷油,可获得较低的NOx和soot排放,有效降低压力升高率;低转速大负荷通过降低喷油压力与推迟喷油定时相结合,在实现等NOx时能有效改善soot和油耗率;高转速中高负荷适宜提高喷射压力,采用主喷加后喷的多次喷油策略.欧洲稳态测试循环(ESC)测试结果表明:采用串联式两级增压与中等强度EGR(低于40%)耦合,NOx原始加权排放率降至欧Ⅴ水平;在依次加装氧化型催化器(DOC)、微粒捕集器(DPF)和选择性催化还原(SCR)后处理系统,通过喷油策略与后处理耦合,DPF的过滤效率高达90%,SCR转化效率达到85%,各项排放指标均满足欧Ⅵ的ESC限值要求,尿素喷射总量降至原机(国4的SCR机型)的1/4～1/5.

调制多脉冲喷油策略的实现及对HCCI燃烧过程影响的研究

基于减少燃油在气缸壁面的黏附,促进混合气的温度和浓度分层的思想,开发了一套基于PC机的调制多脉冲燃油喷射电控开发系统,通过系统硬件的抗干扰和可靠性设计,以及综合运用中断技术、直接存储器存取(DMA)技术和扩充内存规范(EMS),可以实时、独立的对多脉冲控制参数如脉冲次数、脉冲宽度和脉冲间隔进行调制,形成调制的多脉冲喷油模式。在此基础上,进行4次脉冲喷射交错式(SM)和驼峰式(HM)喷油模式的对比试验,结果表明喷油模式HM更有利于HCCI燃烧。喷油定时为90°CA BTDC,喷油模式HM的当量平均指示压力为6.43 kPa/mg,比模式SM提高28.6%;而NOx和烟度排放分别为0.16 g/(kW.h)(7×10-6)和0.5 BSU。

“Bump燃烧室”内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置 ,用片状激光诱导荧光法 (PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究 ,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算 ,二者结果基本吻合 .平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明 ,撞壁射流在遇到限流沿 (Bump)后会剥离壁面 ,形成二次空间射流 ,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率 ,出现与周围空气迅速混合的“闪混”现象 ,减少壁面燃油堆积量 .计算结果还表明 ,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构 ,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸 ,促进了燃油与空气的混合 。

共轨式电控喷射系统控制参数对柴油机燃烧过程及排放的影响

高压共轨式电控喷射系统与其它电控系统相比 ,为燃烧过程优化提供了更多的可控参数 ,介绍了 FIRCRI系统在 SYYRE WD 6 15 .6 8发动机上应用的前期研究结果 ,采用缸内压力示功图、燃烧放热率分析等方法 ,研究喷射压力及两次喷射方式对燃烧过程、NOx