喷油参数对F-T煤制油混合气特性的模拟研究

基于三维流体动力学软件CONVERGE,耦合F-T煤制油表征燃料简化机理,建立F-T煤制油发动机的多维燃烧数值仿真模型,研究了喷油参数对F-T煤制油发动机典型工况下燃油喷雾、油气混合和缸内温度场的作用规律。结果表明:由于F-T煤制油十六烷值高、着火性能好的特性,一定程度的提前预喷正时和主喷正时能促进F-T煤制油的雾化和蒸发效果,有利于在滞燃期形成更多的均匀混合气,加快燃烧和放热速度,提高缸内温度;增加喷射压力能够显著提升油束湍动能,提高燃油蒸发率,缸内混合气分布更加均匀,有利于着火、快速放热;预喷油量的增加能够使油束贯穿距离增加,燃油蒸发率升高,但会加剧燃油碰壁的现象,缸内凹坑处局部过浓区域增加,着火阶段造成更多的燃烧冲击。提前喷油、增大喷射压力结合较小预喷油量的喷射参数组合有助于改善F-T煤制油发动机的燃烧过程,提高燃烧效率。

喷油参数对双螺杆空压机性能的影响

为研究喷油参数对双螺杆空压机工作性能的影响,并为优化和提高该类型空压机的整体性能提供参考,建立了喷油双螺杆空压机数学模型,研究喷油量、喷油温度等对空压机性能的影响,并通过模拟结果与实验结果的比较,验证了模型的准确性。结果表明:双螺杆空压机存在一个最优的喷油量,可以使空压机达到最佳的绝热效率和比功率,随着转速由3000 r·min^(-1)升高至4400 r·min^(-1),最优喷油量呈现下降的趋势,随着背压由0.7 MPa提高至1.0 MPa,最优喷油量呈现升高的趋势。另外,喷油温度的升高使得双螺杆空压机的绝热效率下降、比功率上升,从而导致空压机性能恶化,因此在保证排气温度的同时,应尽量选择低的喷油温度。同时,喷油参数对泄漏与耗功的影响显著,随着喷油温度由303.15 K升高至323.15 K,各个泄漏通道泄漏量呈现上升的趋势,摩擦损耗呈现下降的趋势;随着喷油量由0.5 m 3·h^(-1)增加至1.5 m 3·h^(-1),各个泄漏通道泄漏量呈现下降的趋势,摩擦损耗呈现上升的趋势。研究工作可为喷油双螺杆空压机的性能优化提供有益的参考。

航空活塞发动机起动过程喷油参数的模糊控制研究

航空活塞发动机起动过程的转速变化具有强非线性等特点,且飞机起动时会受诸多因素的限制,导致发动机在起动至怠速过程中转速会突降,使其起动受阻。针对上述问题,提出一种基于模糊控制的航空活塞发动机喷油方法,改善发动机从起动至怠速过程的转速变化问题。首先,利用AMESim与Simulink搭建压燃式航空活塞发动机仿真模型,实现联合仿真,将发动机喷油参数作为决策目标,发动机曲轴转速和总需求转矩作为输入变量;其次,使用模糊控制结合联合仿真不断修正控制算法,使得发动机曲轴转速在3 s左右到达1352 r/min后稳定在怠速状态。实验结果验证了在不同海拔下发动机从起动平稳地过渡到怠速状态后转速会稳定在1352 r/min附近,相比于传统MAP控制方法,模糊算法在响应时间上提高了0.5 s,起动时间缩短22%,超调量小于3%,提高了发动机怠速稳定性。

瞬态工况下喷油参数对柴油机排放及燃烧特性的影响

为了探究瞬态工况下燃烧优化的新方法,在一台高压共轨柴油机上研究了瞬态工况下喷油参数对排放及燃烧特性的影响,试验工况点选择在柴油机转速为1650r/min,在5s内使柴油机转矩从该转速最大转矩的10%达到90%。结果表明:瞬态工况下柴油机的燃烧和排放特性明显有别于稳态工况,具体表现为:瞬态工况下烟度激增,NOx排放低于稳态工况,CA50后移;瞬态工况下随着喷油正时的提前,烟度排放增加,NOx排放量增加,CA10、CA50和CA90均提前;随着喷油压力的加大,烟度排放降低,NOx排放量增加,CA10、CA50提前。此外,还探讨了通过调整喷油参数减小瞬态工况下柴油机性能畸变的可行性,结果表明:通过调整喷油压力可以有效地减少柴油机瞬态与稳态性能上的差异。

喷油参数对电控柴油机性能影响的仿真研究

利用发动机仿真软件,对1台电控共轨式柴油机的燃烧过程进行数值仿真,研究了喷油压力、喷油提前角等喷油参数对燃烧生成的NOx(氮氧化物)和碳烟的影响.结果表明:喷油压力和喷油提前角影响燃油的雾化质量和油气混合质量,进而影响燃烧过程和排放物的生成.该仿真计算对优化柴油机喷油参数、改善燃烧过程和降低排放具有指导意义.

基于进化RBF网络的柴油机喷油参数研究

基于柴油机燃油喷射电子控制实时性的要求 ,引入非线性最优控制理论来确定RBFNN的参数 ,用全局优化算法———遗传算法来离线求解非线性优化问题 ,用递推最小二乘法 (RLS)在线调整进化RBFNN的输出权值 ,增加系统的抗干扰能力 .同时通过分析输入参数与输出参数的相关性来简化该神经网络 .结果表明 :冷却水温及润滑油温度与喷油参数的相关性最低 。

由振动信号估计柴油机喷油参数

喷油器振动的激振源主要是高压燃油的冲击，针阀开启和关闭引起的机械撞击；对应地，喷油器的振动响应由三个瞬态序列组成。本文用小波分析的方法在不同尺度下近似测得的振动信号，并由近似信号估计了喷油正时的参数。为实现柴油机燃油系的自动诊断提出了一种新方法。

多喷油参数协同控制对煤油发动机性能影响试验

针对航空煤油发动机在中低负荷工况动力特性差以及燃烧稳定性差难以满足起飞要求这两个突出问题,以自主研发的低压空气辅助直喷航空煤油发动机及其试验系统为平台,采用试验设计(design of experiment,DOE)方法,对喷气脉宽、喷气压力、油气间隔、二次喷射等多个喷油控制参数进行了主效应及交互作用分析,并根据主效应及交互作用顺序进行了多喷油参数协同控制,开展了对航空煤油发动机动力性及燃烧特性影响的试验探究.结果表明:随着喷气脉宽增加,燃烧速度逐渐加快,排温持续下降,动力性及燃烧稳定性逐渐提升.喷气压力与喷气脉宽协同控制能够有效提升发动机整体性能,在喷气压力550 kPa、喷气脉宽5 ms时,平均有效压力(indicated mean effective pressure,IMEP)达到当前最大值529 kPa,燃烧质量最佳.随着油气间隔逐渐增大,各喷气压力条件下发动机动力性及燃烧稳定性均呈先提升后减小趋势,油气间隔与喷气压力协同控制能够在最佳喷气脉宽条件下进一步提升发动机整体性能,且存在最佳油气间隔为1.5 ms.在最佳油气间隔与喷气脉宽条件下,二次喷射与喷气压力协同控制能够进一步使发动机动力特性最大提升11.3%、燃烧稳定性最大增强23%,排温降至最低702℃,使航空煤油发动机动力特性以及燃烧稳定性得到有效提升.

基于响应面和遗传算法的柴油机瞬态过程喷油参数优化

基于台架试验数据,利用响应面法建立了某工程机械用柴油机瞬态过程喷油参数与性能的近似高精度模型,基于此模型采用遗传算法对瞬态过程喷油参数分别进行离线优化研究。结果表明:采用单目标优化确定的燃油消耗率(BSFC)、NO_x比排放量和颗粒质量(PM)比排放量的优化极限分别可达180.23g/(kW·h),8.92g/(kW·h)和0.011 8g/(kW·h),相对原机可降低多达4.5%,34.0%和37.3%。双目标优化的Pareto解集表明,相比于同时优化BSFC和NO_x比排放量,BSFC和PM比排放量更容易同时得到优化。采用权重因子适应度函数的三目标优化结果对应的BSFC,NO_x比排放量及PM比排放量分别为184.70g/(kW·h),12.62g/(kW·h)和0.012 2g/(kW·h),较原机分别降低2.1%,6.6%和35.3%。改进优化模型后,性能优化Pareto解集对应的BSFC和PM比排放量水平都非常接近其优化极限,但NO_x比排放量相对其优化极限仍然较高。

喷油参数对重型柴油机喷油器喷油规律的影响

柴油机各孔喷油规律对燃油在燃烧室的分布、雾化、可燃混合气形成、燃烧有重要影响,从而影响柴油机排放性、经济性、动力性。基于自行搭建的动量法各孔喷油规律测试系统,以某大功率柴油机喷油器为研究对象,探讨了不同喷油压力、喷油脉宽和喷孔直径对喷油器各孔喷油规律的影响。结果表明:随着喷油脉宽的增加,相同压力下喷孔喷油速率和流量系数发展趋势保持一致,喷油持续期增加。随着喷油压力的增加,喷油速率和流量系数随之增加,喷孔有效流通面积增大,空化效应更弱。但相比于喷油速率,流量系数变化较小。随着喷孔的直径增大时,喷油速率及其波动增大,喷油速率最大值对应时刻延迟,喷油持续期减小,喷孔的流量系数增大。

柴油机喷雾环境条件和喷油参数对火焰浮起长度及其空气卷吸率影响的研究

为了揭示柴油机参数对火焰浮起长度及其空气卷吸率的影响规律,采用修正的KIVA-3V软件建立了定容燃烧弹的三维数值分析模型,以2 100 K等温线作为火焰浮起长度的评价标准并进行了相关计算。研究表明,降低喷雾初始环境温度和增大喷油压力均可增大火焰浮起长度和空气卷吸率,有利于降低柴油机炭烟排放。喷雾环境密度的增加虽然减小了火焰浮起长度,但在环境温度较低的情况下,环境密度的增加会导致空气卷吸率的大幅增加。减小喷孔直径,火焰浮起长度降低,空气卷吸率却增加。燃油温度的升高会造成火焰浮起长度的轻微降低,对空气卷吸率的影响较小。

喷油参数对PODE/柴油混合燃料燃烧污染物排放的影响

以柴油(P0)、聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油混合燃料(P10和P20)为对象,在高压共轨柴油机上,考察其在不同喷油压力和喷油正时下的燃烧排放特性及颗粒物排放规律。结果表明:随混合燃料中PODE体积分数的增加,燃料燃烧缸内压力和放热率峰值有所降低;随着喷油压力的提高,3种燃料的CO、碳氢化合物(HC)和烟度排放均明显下降,NOx排放有所上升,排气颗粒的峰值数量浓度不断降低,其中积聚态颗粒占比降低,核态颗粒占比增加;推迟喷油可以降低NOx排放,但会增加CO、HC和烟度排放,颗粒的数量浓度有所增加;3种燃料中,P10燃料NOx生成量和排气颗粒的几何平均直径受喷油压力和喷油正时影响最小。

高原环境条件下柴油机增压与喷油参数协同优化

增压与喷油是影响柴油机高海拔性能最直接的因素。为了优化柴油机不同海拔条件下增压与喷油系统协同控制策略,建立了二级可变截面增压柴油机GT-Power仿真模型,计算得到了柴油机运行各工况数据。将神经网络与仿真数据相结合,以动力性为优化目标,得到不同海拔条件下增压与喷油系统协同优化规律。研究结果表明:相比于原机,喷油参数经过优化后,最佳循环喷油量增加,增加量呈现出自最大转矩转速点向两侧逐渐增大的趋势。最佳喷油提前角,在2 500和5 500 m低转速下平均分别增加了1和1.5℃A,在中高转速下,平均分别减小了25.2%和17.5%。相比于原机,最佳可变截面的涡轮增压器(variable geometry turbocharged,VGT)叶片开度增大,但增大趋势在不同海拔略有不同,0 m海拔时,增加幅度随转速增加而增大,5500 m低转速时,开度不变,中高转速时,VGT开度增加幅度随转速增加呈现先增大后减小。增压与喷油参数协同优化后,0 m海拔时,VGT叶片开度和喷油量增大,喷油提前角减小,5 500 m海拔时,低转速下VGT叶片开度不变,循环喷油量和喷油提前角增大,中高转速下VGT叶片开度和循环喷油量增大,喷油提前角减小。

柴油机喷油参数的优化

在已有柴油机数学模型的基础上 ,运用数学优化的方法 ,建立了以柴油机的油耗为目标函数和以柴油机的功率、最高压力升高率、最高爆发压力为约束条件的约束非线性优化模型 ;运用SUMT法和Powell方法求解该优化模型并用C语言编程实现了该模型的求解 ;从优化结果图可看出优化出的柴油机喷油参数的变化基本上符合柴油机的一般规律 .

用三维计算研究喷油参数对汽油缸内直喷的影响

汽油缸内直喷已成为新一代汽油机提高经济性、降低排放的重要手段 .在这种新型燃烧方式中 ,喷雾过程是重要的影响因素 .文中以一台家用轿车三缸发动机为对象 ,进行缸内过程的三维模拟计算 .就喷油参数对汽油缸内直喷的影响进行了分析 ,研究了喷油定时与喷油角度的作用 .结果表明 ,选择适当的喷雾参数对缸内混合气的形成。

大缸径低速二冲程船用柴油机喷油参数的仿真及优化

利用Converge软件建立大缸径低速二冲程船用柴油机三维仿真模型,分别探究油束水平夹角、水平旋转角度、竖直旋转角度对其燃烧及排放的影响,并结合微种群遗传算法对包括燃油喷射方向、喷孔直径、喷油压力等喷油参数进行优化研究.研究结果表明,燃油喷射方向主要影响缸内混合气的分布.通过微种群遗传算法优化,优化喷油参数后的算例相比于原机算例,NOx排放降低29.91%,指示燃油消耗率仅增加0.74%,表明综合优化大缸径低速二冲程船用柴油机喷油参数对降低排放具有一定的潜力.

喷油参数对船舶电控柴油机黑碳排放的影响规律及权重分析

为了给船舶黑碳减排提供参考,基于台架试验分析喷油正时、共轨压力、预喷油量、主预喷间隔角等因素对船舶柴油机黑碳排放的影响规律,通过随机森林算法计算各影响因素的权重,结果表明:喷油正时和共轨压力对黑碳排放的影响呈“浴盆曲线”型,最佳喷油正时随轨压的增大而减小,最佳共轨压力随喷油正时的增大而减小;预喷油量由3 mg/cyc增至10 mg/cyc时,黑碳排量降低了30%~36%,主预喷间隔角增大时,黑碳排量整体先减小后增大;喷油参数中轨压对于黑碳排放的影响权重最大,喷油正时次之,预喷油量和主预喷间隔角的影响权重最小。

不同海拔下重型共轨柴油机喷油参数虚拟标定

高原环境下柴油机燃烧恶化导致性能显著下降,喷油参数优化标定是改善柴油机高原性能的关键.为改善柴油机喷油参数的标定效率,有效提升柴油机高原动力、经济性,建立了柴油机虚拟仿真平台.基于拉丁超立方抽样(LHS)将试验标定工况点由20580个缩减至210个,提出二次多项式函数和神经网络相结合的方法,建立了柴油机输入与输出二阶响应曲面模型,得到了重型共轨柴油机不同海拔喷油参数修正Map,并依据修正Map进行了重型共轨柴油机高海拔模拟台架试验.结果表明:经过虚拟标定可实现柴油机在海拔为2 km以内动力性能保持不降,海拔为3 km时重型柴油机标定功率下降6.8%,海拔为5 km时柴油机标定功率下降30.9%.随着海拔升高,涡前排气温度、增压器转速和最高燃烧压力均未超过限值,证明了该虚拟标定方法的可行性.

喷油参数对柴油机碳烟排放影响的数值模拟

采用CFD数值分析软件对柴油机缸内工质流动、温度场分布及碳烟生成过程进行了模拟计算，研究了喷油压力、喷油提前角对柴油机碳烟排放的影响。研究结果表明，碳烟生成曲线峰值出现在13°ATDC附近，随着燃烧的继续，生成的碳烟大部分被氧化；随着喷油压力的升高，改善了燃油混合质量，提高了最高爆发压力和缸内平均温度，使碳烟排放降低；此外，在后续燃烧过程中，缸内气流速度、温度升高，碳烟的氧化速率提高。

喷油参数对高压共轨柴油机高原启动性能影响的仿真研究

为研究喷油参数对柴油机启动过程的影响，以某型高压共轨柴油机为研究对象，基于GTPower仿真软件，建立柴油机低气压低温启动过程仿真模型，得到柴油机在不同环境条件下启动过程最佳循环喷油量脉谱以及最佳喷油提前角脉谱。研究结果表明：在同一环境温度下，海拔每升高1000m，最佳循环喷油量减少10mg左右，最佳喷油提前角增加1—2°CA；在同一海拔条件下，随着环境温度的降低，最佳循环喷油量逐渐增大，但喷油提前角对柴油机启动过程的影响并不明显，最佳喷油提前角相差不大。