柴油机固态SCR系统铵盐热分解特性与结晶规律的研究

针对现有选择性催化还原(SCR)系统使用的尿素水溶液在柴油机低速小负荷时的低排气温度下难以热解而产生氨气,和容易生成沉淀物而堵塞管道,降低NOx转换率等问题,本文中对固态SCR(SSCR)系统的两种可选铵盐还原剂(碳酸铵和氨基甲酸铵)进行研究。首先,氨气含量理论分析和热重试验结果表明,碳酸铵和氨基甲酸铵单位质量分解所能获得的氨气。分别为尿素水溶液的1.92和2.37倍,温度90℃(大大低于柴油机低速小负荷下的排气温度150℃)下,两种铵盐都能在8min内完全分解。接着分解平衡压和再结晶试验结果显示,在柴油机冷却液和机油的正常工作温度范围内,两种铵盐都能为喷射系统提供较高的喷射压力,也都不会发生再结晶。说明氨基甲酸铵和碳酸铵均满足作为SSCR系统还原剂的要求,其中氨基甲酸铵的综合性能略胜一筹。最后,利用等温法和积分法计算了氨基甲酸铵和碳酸铵的分解动力学参数,包括分解反应级数、活化能和表观指前因子,为SSCR氨气生成和供给系统的设计提供理论依据。

重型柴油机固态铵选择性催化还原系统铵盐热解及动力学特征研究

通过开展选择性催化还原(SCR)系统中铵盐的热解及动力学特征研究,为固态铵SCR氨气生成及氨气供给系统的设计提供理论依据及技术支撑,采用热重实验和分解平衡压实验分析了3种铵盐的分解温度、分解速率等热解特性,利用等温法和积分法计算了氨基甲酸铵和碳酸铵的分解动力学参数。碳酸铵和氨基甲酸铵的受热分解就是在恒定温度下测定其剩余质量比与受热时间的关系,再在热重分析曲线中通过反应时间下的剩余质量比求得速率常数和反应级数。研究结果表明:氨基甲酸铵分解速率大于碳酸铵和碳酸氢铵;氨基甲酸铵分解反应级数为1/2,碳酸铵的为2/3,氨基甲酸铵活化能为56kJ/mol,碳酸铵的为62kJ/mol;氨基甲酸铵和碳酸铵均适合作为固态铵选择性催化还原(SSCR)系统还原剂的来源,氨基甲酸铵优势更明显。相比尿素SCR技术,固态铵SCR技术在发动机低排气温度条件下能够提供足量的还原剂,有效提高低温NOx转化效率。

内燃机专业实验教学中若干问题的探讨及建议

实验教学是内燃机专业本科生教育的重要环节,对学生动手能力、创新思维以及综合素质的提高有着不容忽视、不可替代的作用。但是在实际实验教学过程当中还存在实验课程与理论课程结合不够紧密、学生对实验课程不够重视等一些问题,在很多方面仍需要不断探讨和改进,以进一步提高实验教学的质量。本文就这些问题进行了分析与讨论并提出几点建议。希望通过实验课程的不断改进,在理论实践相结合的基础上提高学生的实际操作、开发创新的能力,培养符合社会需求的全方位人才。

基于热敏液晶的动力电池温度场可视化实验平台开发

温度是影响动力电池性能的关键因素之一,动力电池温度场的测量分析对于其热管理系统的性能评估及优化设计有着重要的意义。文中基于热敏液晶的变色特性,利用数字图像处理技术,开发了动力电池温度场可视化实验平台。该实验平台不仅可以定量测量电池表面温度场,还可以直观的显示动力电池不同工况下的温度梯度及表面温度变化过程。该实验平台不仅可以支撑动力电池热管理相关方向的科研工作,同时也可以应用于教学中,利用可视化直观显示技术有效提升教学效果。

虚拟仿真技术在课程教学中的应用研究——以汽车发动机构造课程为例

汽车发动机构造课程是能源与动力专业的专业必修课。针对汽车发动机零部件数量多、结构和组合装配形式复杂、工作过程涉及学科领域广的特点,利用AVL CRUISE M建立了典型汽车发动机的一维性能仿真模型,实现了发动机结构参数和控制参数对发动机各项性能影响规律的仿真分析与模拟演示,把虚拟仿真技术应用在相应知识点的教学过程中,取得了较好的教学效果。

柴油机燃用F-T合成柴油时的燃烧与排放特性分析

对一台增压中冷高压共轨的柴油发动机燃用煤基费托合成柴油(F-T柴油)时的燃烧、排放特性和微粒粒度分布特征进行试验研究,分析了F-T柴油对发动机燃烧和排放的影响规律。结果表明,与国V柴油相比,燃用F-T柴油时因密度低,在喷油策略不做改变的情况下,转矩有所降低。同时,由于F-T柴油主要成分为直链烷烃,燃料着火性好,十六烷值较高,滞燃期明显缩短,预混合燃烧阶段放热量减少,燃烧时缸内温度降低,有利于降低NOx排放。F-T柴油具有良好的燃烧特性,使CO,HC排放和消光烟度大幅降低。十三工况排放试验中,CO,HC和NOx的加权比排放量分别降低了51.42%,45.62%和14.35%。不同负荷工况下微粒总数量浓度、超细微粒和核态微粒的比例均有所下降。所有这些对满足越来越严格的排放法规具有重要意义。

压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料瞬变工况下燃烧及微粒排放特性分析

针对压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料稳态及瞬态工况下的燃烧及微粒排放粒度分布特征进行了试验研究,分析了汽油掺入比例及EGR对发动机稳态及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬变工况超细微粒数量排放的影响规律.结果表明：在大负荷工况下采用高汽油掺入比例的汽油/柴油混合燃料能够在不引起NOx显著增加的前提下进一步降低排气烟度,有助于拓展预混合燃烧过程负荷工况范围;但较高汽油掺入比例易导致油气过度混合,对HC及CO排放有不利影响,尤其会导致小负荷工况下CO排放显著增加.综合考虑不同负荷工况下运行情况,认为汽油掺入比例在40%,～50%,左右较为适宜.燃用汽油/柴油混合燃料时排气颗粒物更趋于细化,其微粒几何平均粒径较柴油明显降低.瞬变工况增负荷过程中,各模态微粒数量浓度均有所升高,随汽油掺入比例增大积聚态微粒数量增加程度变缓,当汽油掺入比例达到50%,时,在高瞬变率工况时积聚态微粒数量无明显增加.高比例EGR条件下,瞬变过程中积聚态微粒数量浓度在增负荷初期便急剧增加,燃用汽油/柴油混合燃料有利于缓解瞬态工况积聚态微粒数量急剧增加的程度.

煤基柴油及其混合燃料对发动机燃烧与排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用煤基F-T合成柴油(CTL)及其与碳酸二甲酯(DMC)的混合燃料进行了燃烧和排放特性试验,揭示了燃料特性和排气再循环对燃烧过程、NOx及微粒排放的影响规律.结果表明:发动机燃用CTL时的有效热效率升高,燃烧过程中滞燃期较短,预混合燃烧量减少,压力升高率明显降低,有利于改善柴油机工作的平顺性.与国V石化柴油相比,燃用CTL燃料时消光烟度、核态微粒、超细微粒及总微粒数量浓度明显降低,积聚态微粒数量浓度略有增加,有利于同时降低微粒质量和数量排放.引入排气再循环(EGR)可以进一步降低CTL燃料的NOx排放,在EGR率达到30%,时,NOx排放降低近75%,.在CTL中添加含氧燃料DMC,有利于抑制EGR导致的烟度增加,与国V柴油相比,在EGR率为30%,条件下,D15燃料消光烟度和微粒总数量的降幅分别为69.1%,和53.9%,.燃用CTL/DMC混合燃料同时引入EGR可以同时降低NOx、消光烟度、微粒质量和数量排放,有利于缓解柴油机NOx和PM之间的矛盾关系.

点火模式对增压稀燃LPG发动机燃烧特性的影响

使用三维仿真软件AVL-FIRE建立了增压稀燃LPG发动机缸内燃烧模型,对模型进行了数值仿真。分析了单、双火花塞不同点火模式对发动机工作过程的影响并通过实验得到验证。结果表明:采用双火花塞点火与单火花塞点火相比,缩短了火焰传播距离,增强了缸内涡流,加快了火焰的传播速度,减轻了爆燃,降低了排气温度,提高了热效率,使发动机具有较好的动力性和燃料经济性。

汽油／柴油混合燃料对压燃式发动机预混燃烧及排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的预混合燃烧特性进行了试验研究,分析了汽油掺入比例、EGR以及喷油参数对发动机燃烧过程和排放的影响规律。结果表明:汽油/柴油混合燃料可有效延长燃烧过程的滞燃期,缩短燃烧持续期,有利于增大预混合燃烧量;提高汽油掺入比例,可有效拓展发动机实现预混压燃的负荷范围,能够在不引起NO_x增加的前提下显著降低排气烟度。采用汽油/柴油混合燃料配合EGR技术有利于同时降低NO_x及排气烟度,随着EGR的引入,NO_x排放呈线性下降趋势,且在低进气氧浓度条件下可实现较好的烟度排放。大负荷工况下,利用EGR和两段喷射协同控制策略,并合理匹配预喷参数,可在不降低热效率的情况下,进一步改善发动机的排放特性。

旋风式油气分离器分离特性影响因素的仿真研究

为提高旋风式油气分离器的分离效率,改善分离性能,研究了分离器入口形状(矩形、圆形)、入口混合气流速、圆锥段锥形角、出气管的直径和出气管插入深度对分离性能的影响。将搭建的旋风式油气分离器三维几何模型导入ANSYS体系下的Fluent软件中建立油气分离器的仿真计算模型,仿真分析了影响旋风式油气分离器分离特性的因素。得出以下结论:在同一条件下,对相同粒径微粒的分离效率,矩形入口式高于圆形入口式;入口气体流速的增加使得分离效率提高的同时,导致分离器内部整体压力损失增加,针对本文搭建的模型,在入口混合气流速为12.8 m/s左右时,压损较低,且分离效率较高;分离效率随着圆锥段锥形角度增大而缓慢增加,分离效率在锥形角度大于11.5°后基本保持不变;分离效率随出气管直径的增加而降低,并且下降的速度逐渐增加;分离效率随出气管插入深度的变化趋势呈现出抛物线式的变化规律,先增大后减小。

汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及超细微粒排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的燃烧和排放特性进行试验研究,分析不同汽油掺入比例对发动机的燃烧过程和微粒排放粒度分布的影响规律。结果表明,燃用汽油/柴油混合燃料改善了燃料的挥发性,有助于加快油气混合,增大预混合燃烧量,显著降低排气烟度,但会导致NO_x排放增加,在较大负荷工况下更为明显。引入适当的废气再循环,可同时降低NO、和微粒排放。随汽油掺入比例的增加,燃烧持续期缩短,有利于改善燃烧定容性,配合EGR、喷油参数等燃烧边界条件的控制,合理匹配燃烧相位,有利于提高发动机热效率。但过大的汽油掺入比例易导致燃料着火性变差,滞燃期延长,燃烧相位过于推迟,热效率有所降低。燃用汽油/柴油混合燃料时,微粒数量浓度分布曲线中核态微粒与积聚态微粒数量浓度峰值均向小粒径方向移动。随着负荷的增加,预混合燃烧量减少,汽油掺入比例对微粒排放浓度的影响加大。在中等负荷工况下,汽油掺入比例在40%以上的混合燃料能够有效降低积聚态微粒数量浓度。

SCR催化器内浓度场影响因素的仿真研究

为提高NO_x的转化效率,研究了温度、空速、氨氮比和NO与NO_2的摩尔比对SCR催化器内浓度场的影响。试验验证了SCR化学反应模型,将准确的化学反应动力学参数输入到Fire软件并建立SCR催化器模型,计算分析SCR催化器内组分浓度场的影响因素。得出以下结论:温度越高,NH_3和HCNO的浓度越高;流体涡流为喷雾液滴蒸发和热解提供了有利条件;空速太大,NO的转化效率会降低;当氨氮比为1时,理论上NO_x的转化效率达到最高;当氨氮比小于1时,NO_x转化效率随氨氮比的升高而升高,但在接近1时候产生氨滑移;当氨氮比大于1时,NO_x转化效率变化不大但会产生大量氨滑移。因此最佳的氨氮比应是在保证较小的氨滑移的前提下尽可能提高NO_x转化效率。

可视化喷雾实验平台的研制

该文设计了一套由可视定容器、供油系统、供气系统、图像采集与处理系统组成的可视化喷雾实验平台。该平台可观察不同喷射背压、喷射压力、喷射脉宽等工作环境下的喷雾实验;还可标定喷油器的流量特性;基于设计软件的灵活性,可以扩展学生对多次喷射等喷油策略下喷雾的探索,同时还可以锻炼学生基于LabVIEW图形化编程的能力。

增压稀燃液化石油气发动机优化匹配

通过优化压缩比和凸轮轴配气相位,提高了增压稀燃液化石油气(LPG)发动机效率,解决了由于LPG燃烧较慢引起的发动机热效率低、排放差和排温过高等问题。使用一维仿真软件搭建了增压稀燃LPG发动机整机模型,并通过对比不同压缩比下发动机性能的仿真计算结果和台架试验结果,确定了最优压缩比。在最优压缩比下采用逐次优化方法优化排气早开角和进排气门叠开角,并对优化结果进行了试验验证。

混合动力汽车智能信息显示系统开发

设计了混合动力汽车智能信息显示系统,该系统以32位嵌入式系统为硬件平台,定制了WINCE6.0操作系统,采用EVC应用面向对象的方法进行嵌入式应用程序设计。系统实现了CAN通信、信息显示、数据保存、故障在线诊断、数据无线传送等功能,解决了高频电路设计、WINCE系统定制、程序实时性保证、程序内存控制、无线通信等技术难题。实车测试表明,该系统运行效果良好,实现了全部设计功能。

曲轴箱窜气对柴油机尾气微粒排放影响

针对一台2.0 L柴油机搭建了试验台架,通过控制曲轴箱窜气直接排入大气或是引入进气系统,采用尾气粒径谱仪对两种情况相应的尾气微粒数量浓度进行测量,分析比较试验结果来研究曲轴箱窜气对内燃机微粒排放的影响。结果表明:曲轴箱窜气引入进气主要影响柴油机尾气中核模态微粒及100 nm以下集聚态微粒的粒径数量浓度分布,主要表现在高峰峰值的增加和新峰值区域的形成。另一方面,曲轴箱窜气引入进气使柴油机各工况下尾气微粒总数量浓度增加,中、大窜气量工况微粒绝对数量增加明显,增幅分别为44.2%和38.5%。

沈阳市乘用车城市道路工况试验研究

基于实验室台架测量的汽车工况研究方法由于受到场地、车型及台架测量范围等因素的影响,已不能很好地反映车辆实际应用时的行驶工况。车载测试方法是在实际行驶条件下采集车辆数据,并进一步进行处理分析,以获得更符合实际状况的车辆行驶工况的方法,该方法既不影响车辆的正常使用,又可避免在实验室测量时产生的一些问题。最后通过对最终构建的行驶工况的验证,证明了车载测试试验方法的合理性。

汽车发动机虚拟仿真实验教学平台开发与应用

汽车发动机实验课程是提高学生专业实践能力的重要环节,但在传统实验教学台架搭建过程中存在“耗时、耗能、耗力”的问题,并且受实验场地和成本的限制,学生开展实验的自由度和参与度较低,针对以上问题搭建了汽车发动机虚拟仿真实验教学平台。平台以CA4DD柴油机为建模对象,在对其结构分析的基础上利用CRUISE-M软件完成了发动机进排气子系统、EGR子系统等以及整机的模型搭建、参数输入与模型校核,以柴油机燃烧参数调整特性虚拟仿真实验为例,设计实验流程,展示了平台的实际应用。学生可以根据搭建的CA4DD一维性能仿真模型在课堂教学演示和自学之后,利用CRUISE-M的在线和离线仿真方法,实现传统实验教学平台的升级,扩充现有的实验项目。平台丰富了实验内容,弥补了当前发动机专业实践教学的缺陷,拓宽了学生的知识领域,提升了学生的学习兴趣和实践能力。

基于火焰发光法的煤基合成燃料燃烧及碳烟生成历程研究

在一台改造的光学发动机上,利用高速摄影技术获取缸内燃烧火焰形态,应用双色法计算火焰温度和碳烟KL因子的分布,试验研究煤基合成柴油(CTL)及其含氧混合燃料对发动机燃烧过程及碳烟生成历程的影响规律。研究表明,在CTL中掺混含氧燃料后,滞燃期延长、燃烧持续期缩短,火焰面积、火焰自然发光度明显减小,燃烧温度降低且温度梯度减小,碳烟KL因子也随之减小。对于含氧量相同、不同分子结构的D05和B15燃料,B15火焰自然发光度与火焰面积相对于D05均大幅度下降,温度场分布更加均匀。由于正丁醇与DMC分子键合形式的不同,在CTL中掺混分子中含OH基的正丁醇对于碳烟KL因子的降低效果优于掺混DMC。