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。

极寒条件下含氧燃料对柴油机冷起动特性的影响

针对柴油机存在低温冷起动困难甚至无法起动的问题,基于起动/发电机集成一体化技术柴油机,在高原低温发动机冷起动试验舱,研究-50号柴油A0(氧质量分数为0%)、A1(氧质量分数为2.05%)和A2(氧质量分数为4.40%)燃料在-43℃下对柴油机冷起动过程的影响和燃烧特性分析.结果表明:相比A0纯柴油,燃用A1、A2含氧燃料起动时间分别缩短了36.64%和42.71%;起动累计油量分别降低47.8%和60.6%;怠速运行前60 s内转速波动率分别降低25.3%和43.8%.燃用燃料氧质量分数越高,起动燃烧首循环的缸内压力、燃烧放热率、缸内燃烧温度和缸内压力升高率峰值越高,且燃烧重心前移,燃烧持续期越短;起动转速上升过程循环数越少,平均最大缸内压力越大,起动过程燃烧稳定性越好.

基于AMESim的柴油机SCR系统NO_(X)转化率仿真与验证

为研究车用柴油机SCR系统催化转化效率的影响因素,利用AMESim软件建立SCR系统仿真模型,结合台架试验,分析了排气温度、NO_(2)/NO_(X)值以及排气流量对系统NO_(X)转化率的影响。将不同温度下SCR系统仿真输出的NO_(X)转化率数据进行了实验验证,结果表明模型预测误差小于5%。仿真结果显示:SCR系统的NO_(X)转化率会随排气温度升高而明显增大,370~450℃为系统性能的最佳温度区间,NO_(X)转化率最大值均在88%以上。NO_(X)转化率随着NO_(2)/NO_(X)值的提高而增加,且当NO_(2)/NO_(X)值为55%~60%时达到峰值。当排气温度处于400~450℃之间时,NO_(X)转化率受排气流量影响较小,转化率稳定在90%左右。确定了SCR系统在发动机不同工况条件下的工作性能,为后续的尿素喷射控制研究提供指导依据。

高压共轨柴油机国产芯片控制系统研究

针对现有高压共轨柴油机电控单元高度依赖进口芯片、自主不足的问题,提出了基于全国产芯片的高压共轨柴油机电控单元方案。所设计的国产控制单元选用兆易创新的GD32F450芯片为控制核心,承担发动机数据采样、处理、存储与控制任务。首先,采用Boost升压电路提供喷油器峰值电流,利用分立器件设计双边驱动与电流反馈电路,在不依赖进口专用芯片的条件下,对喷油器驱动电流进行闭环控制;然后,基于FreeRTOS操作系统,开发高压共轨柴油机底层驱动软件,实现对不同任务调度周期的精准控制;最后,对所设计的电控单元进行了实验验证。结果表明,所设计的国产高压共轨柴油机电控单元功能齐全、工作稳定,双边驱动电路典型峰值电流为22 A,维持电流为10 A,最小喷射间隔时间为200μs,多次喷射性能与Bosch系统相当。发动机不同转速条件下任务调度周期精准、实时性好,研究证实了高压共轨柴油机电控单元全国产化方案的可行性,对推动发动机电控技术自主可控提供了有益参考。

低温起动热力学条件下柴油机喷雾着火特性

针对一款V型八缸增压柴油机,首先分析了其低温起动过程中缸内压缩压力和压缩温度的变化规律,然后在定容喷雾燃烧装置中研究了低温起动热力学条件下柴油的喷雾着火特性,分析了背景温度和背景密度的变化过程中喷雾射流滞燃期和着火位置的变化规律.研究发现:随着背景温度降低,柴油自由喷雾着火滞燃期逐渐增加,着火稳定性逐渐降低;背景密度越高,最低着火温度越低;背景温度低于430℃时,柴油射流的着火成功率非常低,很难着火.该研究对提高起动稳定性,降低燃油消耗率和改善排放有重要的指导意义.

柴油机起动测控系统的开发及初步应用

开发了基于循环的柴油机起动过程燃烧、排放测控系统。对一台单缸直喷式柴油机进行了改造,匹配了电控燃油喷射系统,能够实现燃油喷射量及喷油定时的调节。利用瞬时转速、缸压分析了起动过程燃烧组织的优劣,利用单循环采样系统研究起动过程中气体排放物的变化历程。试验结果表明:该系统能够满足柴油机起动过程研究的需要,为研究柴油机起动过程提供了一种有效的测试手段。

ISAD技术混合动力柴油机起动系统的低温试验

针对ISAD技术混合动力柴油机起动系统低温下的性能问题,该文结合柴油机的起动阻力矩、最低起动转速、ISG电机工作特性和电机热效应等因素,研究了起动阻力矩随环境温度、起动转速的变化规律,分析了起动阻力矩与ISG电机功率、蓄电池容量之间匹配关系,以及影响蓄电池性能的主要因素。通过ISAD柴油机起动台架试验可以看出:相同的环境温度下,起动阻力矩随起动转速的提高而增大,每提高50r/min,每缸平均起动阻力矩增加3～8N·m;起动阻力矩随环境温度的下降而增加,0℃以下时,每降低5℃,平均每缸起动阻力矩增加2.5N·m。研究表明:ISAD混合动力柴油机的着火转速较之原柴油机大幅度提高,可达350r/min以上,从静止到着火转速的起动时间为0.5s,到怠速稳定的时间为3.1s,起动时间比原柴油机缩短,且转速波动较小。

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。

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。

低温环境下柴油机冷起动性能试验研究

为改善柴油机冷起动性能,对某排量为2.5 L、采用进气加热器预热的柴油机开展环境温度为-30℃极寒条件下的冷起动试验,研究压缩比、节气门开度、预热方式、控制策略等对柴油机冷起动性能的影响。试验结果表明:压缩比为17.0,采用进气加热器时,柴油机加热时间较长,功率消耗大,无法正常起动;增大压缩比和节气门开度,能够提高压缩终了时缸内混合气的压力和温度,改善低温时柴油机的冷起动性能,但效果不佳;采用预热塞预热,柴油机起动迅速,起动时间为3.95 s,可有效提高柴油机冷起动性能;预热塞和燃油油束的相对距离通常设置为0.4~2.0 mm。

液压传动工程机械用柴油机与起动系统的合理匹配

通过对液压传动工程机械起动过程的研究和对工程机械用柴油机与起动机、起动机与蓄电池、发电机的匹配计算,提出了更合理的匹配方式。从而使液压传动工程机械的起动系统设计更为合理,并为发动机的起动系统配置提供理论依据。

12150系列柴油机冷起动系统的改进设想

分析了12150系列柴油机冷起动的情况，并对该系列柴油机的冷起动系统的改进提出了一些设想，以便提高它们的冷起动性能。

基于极值搜索的柴油机空气系统模型预测控制

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了三入三出线性变参数预测模型;其次,为补偿因模型与发动机之间偏差造成MPC性能劣化问题,将其等效为3个控制通道的总扰动,并采用扩张状态观测器(ESO)进行快速在线观测和补偿;最后,引入极值搜索算法,对MPC权重系数进行缓慢优化整定,仿真结果表明:在1800 r/min油门开度以最大开度10%的步长向上和向下连续阶跃工况下,对比涡前压力控制,瞬态上升时间相同时本算法超调量比较参数全局优化的比例-积分-微分控制(PID)算法降低30.7%.台架试验中,世界统一瞬态循环(WHTC)动态驾驶循环中进气歧管压力和EGR率跟踪误差IAE(绝对误差积分)值比较传统PID算法分别降低28.3%、17.5%.

重型柴油机WHTC循环低温冷起动排放特性研究

基于满足国Ⅵb阶段排放标准的柴油发动机,在配备低温环境仓的发动机台架上开展WHTC循环排放测试。设置多个环境温度,对比CO,HC,NO_(x),PN及PM的比排放结果。分析环境温度、中冷后温度、排气温度与排气污染物的关系以及WHTC循环3个阶段不同环境温度下CO,HC,NO_(x)和PN排放特性的差异。结果发现:环境温度降低,NO_(x),CO和HC比排放值逐渐增加,PN比排放值总体减少,PM比排放值先减少后升高;环境温度分别为-10℃和-15℃,且尿素冻结的状态下,NO_(x)比排放是尿素未冻结状态的1.2倍和3.3倍;阶段1、阶段2工况下,NO_(x)排放控制主要以DOC和EGR为主,阶段3的大扭矩、大负荷工况则更依赖SCR;CO和HC比排放结果中环境温度引起的差异主要发生于阶段1工况。环境温度-15℃和-20℃条件下,阶段1至阶段3的PN平均浓度均低于100个/cm^(3)。

基于压缩空气起动的柴油机瞬态特性仿真研究

利用一维仿真软件GT-Power建立大功率船用柴油机稳态模型,在此基础上对系统进行改进,增加高压气瓶、管路、空气分配器、起动空气阀模块,构建基于压缩空气分配器起动的柴油机起动过程瞬态模型,并试验验证2种模型的准确性。系统分析了环境压力、滑油温度和起动系统参数等对柴油机起动过程性能的影响,结果表明,该压缩空气系统驱动柴油机起动时间为2.6 s,能够实现连续6次起动,满足柴油机起动性能要求;选取压缩空气压力为30 bar、气瓶容积为350 L、空气管路直径为36 mm、供气起始角为-5° CA能够有效提高柴油机起动性能;从100%负载突加突卸计算结果来看,该柴油机瞬态调速率达到4.67%,不超过5%的指标要求,转速恢复到额定转速±2%的恢复时间增加至0.57 s,满足指标要求。

防爆柴油机气压起动系统的分析

对防爆柴油机气压起动系统原理及各组成元件进行了概略介绍,简要分析了气马达的工作特性,通过分析,说明了气马达的特性必须与发动机的起动负载特性相匹配,并指出了选择气马达时必须考虑的因素。

基于RSM法的柴油机进气系统参数优化研究

开展进气参数优化是改善柴油机“气油配合”状态,提高柴油机动力性、经济性和排放性的关键。以1台高压共轨柴油机为研究对象,结合已有实验数据搭建了柴油机GT-Power一维性能仿真模型,在最大扭矩工况点处,以进气压力、进气温度、进气门开启角、排气门开启角为变量进行单变量扫值,研究了扭矩和有效燃油消耗率随进气系统参数变化的规律。基于RSM法构建了扭矩和有效燃油消耗率的二次回归模型,得出了影响扭矩和有效燃油消耗率权重排序,开展了平衡最大扭矩和最低有效燃油消耗率的多目标优化,并得到了优化标定参数。实验结果显示:进气压力、进气温度、进气门开启角、排气门开启角分别为2.27 bar、369 K、459°CA、255°CA时,参数组合使得扭矩提升到311.08 N·m,较原机提升了6.51%;有效燃油消耗率降低到204.11 g/(kW·h),较原机降低了6.25%;最大气缸压力为154 bar,涡轮前排气温度为883 K,未超限制要求。这表明RSM法用于柴油机进气系统参数协同优化是可行的,优化后达到了相应的目标要求。

基于MBSE的柴油机系统设计建模方法

随着国防武器装备对动力要求越来越高,柴油机系统复杂度急剧提升,传统的以文档为核心的系统工程方法已经无法有效满足柴油机高效、准确、可靠的研制需求,为此,在柴油机研发过程中引入基于模型的系统工程(MBSE)方法。提出了基于RFLP的MBSE的柴油机系统建模流程,及支撑该流程运行的柴油机模型体系,在此基础上,以柴油机某研制任务为例,以模型为核心,给出了基于MBSE系统建模过程及模型实例,对柴油机需求分析建模、柴油机功能建模、柴油机系统架构分析与综合进行了阐述,体现了基于模型的设计方法在柴油机研制过程需求早期验证、功能快速仿真、数据可追溯方面的优势,从而有效提高研发设计效率。

柴油机低温起动瞬态参数采集处理系统

开发了一种便携式柴油机低温起动瞬态参数的采集系统。该系统运用总线数据采集卡结构,包含电压、电流、转速等传感器和F/V转换器等,可以多通道实时采集蓄电池起动电压、起动电动机电流、电解液温度和发动机转速等信号,并进行实时存储、处理与显示。通过DASYLab可以编写接口、标定程序,使用方便。试验结果表明,该系统性能可靠、精度高、抗干扰能力强,能够很好地满足柴油机低温起动性能瞬态参数的采集要求。

高原内燃机车柴油机空气滤清系统流场仿真

为了降低内燃机车柴油机空气滤清系统的流动阻力,提高流动均匀性,采用CFD仿真计算方法,对高原环境下内燃机车柴油机的空气滤清系统进行流体动力学计算分析与研究。首先,完成机车柴油机空气滤清系统在0 m海拔高度时的性能仿真计算,根据计算结果对空气滤清系统结构进行优化。其次,对优化后的空气滤清系统进行海拔高度分别为2 200、4 000、5 100 m高原环境下的CFD计算。最后,对袋式过滤器的排列方式进行研究,将袋式过滤器在初始过滤器排列的基础上,重新排列出shun-66、cha-56、cha-65 3种排列方式,研究不同排列方式的流动均匀性和湍流性能。结果表明,cha-56排列方式的湍流性能最好,进气阻力最小,同时流动均匀性也最优。