柴油机主喷提前角对燃烧过程改善的模拟

多次燃油喷射的灵活调节对改善柴油机燃烧过程具有重要影响。利用CONVERGE模拟研究不同主喷提前角对燃烧过程和产物分布的影响,表明缸内燃空当量比为0.6~1.0的稀混合气容易自燃,引起缸内混合气温度的升高,自燃混合气浓度范围扩大,促使燃空当量比为1.0~1.3的浓混合气发生燃烧。当主喷提前角为12°CA BTDC时,通过改变稀混合气、浓混合气的自燃时刻,燃烧放热更加集中在压缩上止点附近,使得平均指示压力达到最大并提升3.8%。

STC柴油机掺烧生物柴油改变喷油提前角研究

针对生物柴油黏性比柴油大,掺混后造成燃油雾化不良、油气混合质量差、着火时刻及滞燃期都发生变化的问题,建立仿真模型,研究在生物柴油最佳掺混比25%(B25)时,改变喷油正时对相继增压(Sequential Turbo Charging,STC)柴油机燃烧和排放性能的影响,并确定最佳喷油提前角。仿真结果表明:在25%和75%负荷,随着喷油提前角提前,缸内压力、缸内温度上升,指示燃油消耗率下降,NO排放逐渐上升,而Soot排放下降。利用多目标灰色决策模型计算,最终确定B25时,喷油提前角由25°CA再推迟4°CA喷油,与原机相比,以牺牲小部分动力性为代价,大幅改善其排放性,NOx与Soot排放均优于原机,柴油机综合性能最优,STC柴油机最佳喷油提前角为21°CA。

喷油提前角及孔径对二甲醚/柴油发动机性能的影响

为了研究二甲醚/柴油双燃料发动机在不同喷油提前角及喷孔直径下的缸内燃烧特性和排放性能影响,以电控改造后4190Z_(L)C-2型中速柴油机为试验平台,建立仿真模型,并验证其准确性。结果表明:喷油提前角从16.6°CA BTDC增加到22.6°CA BTDC,缸内压力和温度曲线增大,放热率前移,但其峰值有所下降。通过缸内速度场和温度场云图可知,速度场分布规律与缸内压力和温度曲线相同,温度场升高速率提升,油气混合更为充分,提高了发动机动力性,同时NO排放显著增加,CO排放无明显变化,CH_(2)O排放略有降低。随着喷油孔直径减小,油束形成更为细小液滴,蒸发雾化过程速率加快,喷入缸内气体混合更加充分,燃烧更旺盛,缸内爆发压力和最高温度都呈上升趋势。缸内湍流动能增大,提升混合气体的质量。缸内温度小幅上升,soot排放得到抑制,NO排放略有增加,指示油耗率出现先减少后增加趋势,指示功率则是先增加后减少。该研究对DME/柴油发动机性能研究提供理论基础。

高压汽油喷雾贯穿距和喷雾锥角经验公式研究

喷雾特征参数经验公式广泛应用于发动机研究和设计.笔者总结了目前常用的预测喷雾贯穿距和锥角的经验公式,并与高压汽油喷雾试验数据进行对比,验证这些经验公式是否适用于高压汽油喷雾.结果表明:在总结的喷雾贯穿距公式中,Dent公式、Arrègle公式、Schihl公式、Naber公式和Wakuri公式预测性较差,Arai公式预测性最好.在总结的喷雾锥角公式中,Arai公式综合环境气体密度和喷油压力的影响,对喷雾锥角试验值的预测性最好.笔者进一步在Arai公式基础上对系数进行修正,得到了新的经验公式,修正后的喷雾贯穿距和锥角预测公式与高压汽油喷雾试验值之间的平均相对误差分别减小到2.43%和1.34%.

聚甲氧基二甲醚混合燃料喷雾特性试验研究

发展替代燃料是缓解石油能源短缺和环境污染的重要手段,在众多替代燃料中,含氧燃料因为其可再生、含碳量较低、能降低尾气排放等优势,得到了极大的发展。聚甲氧基二甲醚(PODE)、乙醇和生物柴油都是极具发展潜力的含氧替代燃料。在实际发动机中,替代燃料的喷雾行为直接影响后续的燃烧与排放过程。考虑到PODE可作为柴油-乙醇燃料的助溶剂,同时能弥补生物柴油高黏度和低挥发性的缺点,分别对柴油-乙醇-PODE和生物柴油-PODE混合燃料在定容燃烧室中的喷雾特性进行了研究。结果表明:在柴油中添加PODE对混合燃料的喷雾贯穿距(STP)影响不大,而在生物柴油中添加PODE,混合燃料的STP随着PODE比例的增加先增后减。在柴油中添加PODE和乙醇可以增加喷雾锥角(SCA),改善径向扩散,但对柴油的喷雾投影面积(SPA)影响不大,混合燃料对空气的卷吸能力与柴油相似。在生物柴油中添加PODE,混合燃料的喷雾锥角和喷雾投影面积均明显大于生物柴油,能够有效改善生物柴油的喷雾质量。

双油路离心喷嘴喷雾锥角特性试验

为研究双油路离心喷嘴特性参数对喷雾锥角的影响,对不同特性参数喷嘴的喷雾锥角进行理论分析和试验研究。结果表明:主、副油路单独供油,喷嘴中心形成了负压空气兰金涡,在较小雷诺数下产生“油泡”形状雾锥;随着雷诺数的增加,由于空气兰金涡、康达效应和边界层的综合影响,雷诺数对单独供油的主油路和副油路喷雾锥角特性影响不同。主、副油路同时供油,雷诺数相同,主、副油路旋向一致的喷雾锥角大于旋向相反的喷雾锥角;采用动量守恒的方法对喷雾锥角进行预测,通过试验数据确定修正系数,在某些情况下可供具体工程设计参考。

GDI发动机喷油压力对喷雾特性的影响研究

GDI汽油机喷油器的喷雾特性对于汽油机混合气的形成和燃烧性能具有非常重要的影响。通过定容喷雾测试系统,研究5、17和30 MPa的喷油压力对直喷汽油机喷油器喷雾流量、贯穿距、喷雾锥角、喷雾粒径和落点分布的影响,研究结果表明:同一喷油器,随着喷油压力的提高,喷油流量逐渐增长;贯穿距发展速度加快,后期受阻力的影响增长趋势减缓;喷雾锥角受喷油压力影响不大;喷雾粒径将明显减少,雾化更均匀。

喷油参数对大缸径车用柴油机怠速噪声影响研究

前期试验研究表明,爆压和预喷模式在低负荷工况时对整机噪声的影响较为明显。为更好提升大缸径柴油机噪声舒适性,本文以某V型12缸大缸径柴油机为研究对象,通过调整发动机主喷提前角、预喷油量、预喷间隔角、轨压等喷油参数,进行怠速噪声对比试验。试验研究结果表明:主喷提前角及轨压越小噪声声压级越小、声品质越好;预喷油量及预喷间隔角存在某一临界值,在此临界值状况下噪声声压级及声品质综合评价最好;主喷提前角、预喷油量、预喷间隔角和轨压等发动机喷油参数对大缸径柴油机怠速噪声影响集中于500Hz~6300Hz频率段。本文研究成果可为改善大缸径柴油机怠速噪声品质的发动机性能数据标定工作提供经验参考。

共轨柴油机起动油量和主喷提前角对起动特性的影响

为研究起动油量和主喷提前角对起动特性的影响,以Bosch第二代高压共轨燃油喷射系统为基础,建立了高压共轨试验测控系统,进行了试验研究,并总结出起动油量和主喷提前角对起动时间和排放的影响规律。试验结果表明:起动过程的起动时间随着起动油量的增加先减小后增大,HC排放随着起动油量的增加而增大;随着主喷提前角的变化存在一个主喷提前角使起动性能最佳,过大或者过小的主喷提前角都会使起动时间增大,HC排放增多。

柴油-丙烷发动机不同喷油提前角时的燃烧和排放特性

在一台单缸直喷式柴油机上开展了不同喷油提前角下燃用柴油和柴油-丙烷混合燃料时的燃烧和排放特性研究.研究结果表明:柴油-丙烷混合燃料的燃烧与排放参数随喷油提前角的变化趋势与燃用纯柴油时基本相同;对于给定的平均有效压力,柴油-丙烷混合燃料的放热率峰值和NOx排放随喷油提前角的推迟而减小,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随喷油提前角的推迟而增加;对于给定的平均有效压力和喷油提前角,放热率峰值和NOx排放随混合燃料中丙烷含量的增加而增大,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随丙烷含量的增加而减小.

喷油提前角对柴油机排放影响的研究

在调整柴油机喷油提前角的情况下,实测了柴油机气体和颗粒排放浓度,并对试验结果进行了分析。当喷油提前角由5°CA调整为7.5°CA时,PM、CO和HC排放值显著降低,NOX排放值显著升高;当喷油提前角由7.5°CA调整为10°CA时,PM继续降低,NOX、CO和HC都有所增加,但幅度都不大。表明增大喷油提前角可有效地降低颗粒排放,但同时要考虑到NOX、CO和HC浓度的增加。该研究对电控柴油机喷油参数的优化具有一定的参考价值。

基于OPTIMUS的柴油机配气正时及喷油提前角的优化

柴油机的配气正时与喷油提前角对其性能影响很大,最佳的匹配参数能够形成缸内良好的空燃比及较佳的燃烧效率,从而获得较高的动力性及较低的燃油消耗率。为得到不同工况下配气正时与喷油提前角的最佳组合,该文将增压直喷柴油机工作过程的SIMULINK仿真模型导入OPTIMUS多学科优化平台;以进气迟后角和排气提前角以及喷油提前角为优化设计变量,以柴油机的经济性和动力性为设计目标进行优化计算。额定工况下该发动机的优化结果是:进气迟后角为42°CA,排气提前角为60°CA,喷油提前角为16°CA。仿真和试验结果表明:模型设计合理准确,优化后柴油机动力性和经济性均有所改善,该研究可为柴油机的改进和优化提供参考。

某高原增压柴油机喷油提前角优化及性能研究

基于ECF-3Z燃烧模型建立适应高原环境的某增压柴油机工作工程模型,在平原台架试验验证的基础上,分析了喷油提前角对海拔4550m下缸内燃烧过程的影响。模拟结果表明:喷油提前角增大,缸内燃烧压力、温度曲线峰值上升且出现时间前移,燃烧重心提前,NOx排放上升,功率得到恢复;同时,缸内预混合燃烧得到强化,后燃期变短,燃烧室中心区域空气利用率得到提高。根据模拟结果选择提前6°CA喷油并在海拔4550m下对原机进行试验。试验结果表明:在调整喷油提前角后,功率提升了3.6%,涡前排气温度上升了46.6℃,燃油消耗率下降了1.4%。

基于机器视觉的常温烟雾机喷雾角测量系统

针对常温烟雾机喷雾角测量方法中存在的问题,提出了利用数字图像处理技术结合最小二乘拟合方法对常温烟雾机的喷雾角进行图像检测的方法。该方法实现了喷雾角的非接触测量,避免了常用方法对喷雾现场的干涉,减少了人工测量方法带来的误差。试验结果表明,该方法简单可行,而且能够实现快速检测。

基于超高速摄影分析柴油机近场喷雾锥角变化特性

为研究近场喷雾锥角的变化及其对初次雾化的影响,在可视化定容弹试验台上,采用超高速数码摄影和长距工作显微成像技术相结合的方法,研究了不同喷射压力、背压及孔径对距喷孔出口4 mm范围内高速射流的喷雾锥角的影响。结果表明,在整个喷油过程中,近场喷雾锥角呈现三段式的发展,存在2个波峰"始峰"和"尾峰"以及一个稳定波动段;启喷阶段,喷射压力越高近场喷雾锥角的"始峰"值越大,且"始峰"出现的越早,喷油器的启喷性能也越好,而背压对启喷性能影响较小;结束阶段,随着喷射压力和背压的升高,近场喷雾锥角的"尾峰"值越大,同时"尾峰"出现的时刻更为靠后;稳定阶段,背压越大,近场喷雾锥角越大,而近场喷雾锥角随喷孔直径的增加呈现出减小的趋势。

喷射压力对同轴旋转射流喷雾锥角影响的实验研究

为了研究同轴旋转射流喷雾锥角的变化规律,设计了喷雾实验装置和同轴旋流喷注器。采用水和乙醇分别代替氧化剂和燃料,利用高速摄影系统对喷雾过程进行观测,分析不同喷射压力下喷雾锥角的变化规律。实验结果表明:内外两路同时喷雾时,喷雾锥角随着外路喷射压力的增加而增大,锥角值从81.6°增加至102.3°;但内路喷射压力增加后,喷雾锥角反而减小,从102.5°降低到94.8°。这个变化规律与单路旋流喷嘴的情况有所不同。将实验结果与通过动量定理推导出的理论公式进行对比,发现喷射压力小于0.2MPa时,实验值与理论公式吻合较好;随着喷射压力的增加,喷孔内液体的湍动能对喷雾锥角的影响逐渐增加,导致实验值与理论公式的偏差逐渐增大,喷射压力增加至0.6MPa时,实验值比理论值大10°左右。实验还研究了内路出口缩进对喷雾锥角的影响,结果显示随内路出口缩进长度的增加,喷雾锥角呈现先减小后增大的变化趋势。

喷油速率匹配喷油提前角对超高压共轨柴油机性能影响的仿真研究

在介绍可变喷油速率实现方法的基础上,建立了单缸超高压共轨柴油机的计算模型,并利用试验验证了模型的准确性,而后通过模型分析了不同喷油速率和喷油提前角对超高压共轨柴油机性能的影响。结果表明:通过调整超高压共轨系统中电控增压器和喷油器电磁阀的开启时间,可以实现喷油速率的柔性可调;随着增压时间的滞后,柴油机缸压、缸温、放热率以及NO_x排放均下降,而soot排放上升。超高压矩形喷油速率可使柴油机获得最好的动力性和经济性。随着喷油提前角的增加,柴油机缸压、缸温、放热率以及NO_x排放均上升,而soot排放先下降后上升,太小或太大的喷油提前角都会降低柴油机的动力性和经济性。高喷油速率方案匹配较小的喷油提前角能提升柴油机的动力输出并降低燃油消耗,且每种喷油速率都存在一个最优的喷油提前角,使柴油机性能达到最佳。

喷注压降对液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的影响研究

为了研究不同喷注压降下液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的变化规律,采用高速摄像机观测喷雾形态。试验结果表明:内、外喷嘴单独工作时,喷雾锥角随着喷注压降的增加而增加。内、外喷嘴同时工作时,喷雾锥角随内喷嘴喷注压降的增加而减小,随着外喷嘴喷注压降的增加而增加。通过与内、外液膜同向旋转时喷雾锥角的变化规律对比,发现内、外液膜的旋转方向对外混式液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的影响不大,因为离心式喷嘴产生的锥形液膜的切向速度会很快转化为径向速度。由于液膜切向速度迅速转化为径向速度使得内、外液膜反向的动量转变为同向动量,从而造成利用角动量守恒来预测喷雾锥角的理论模型用于计算反向旋转的外混式喷嘴时存在较大误差。对于内、外液膜反向旋转的外混式喷嘴,由于液膜旋转方向对喷雾锥角的影响不大,可以按照同向旋转的公式进行计算。

基于CFD的增压柴油机不同喷油提前角的排放影响分析

在考虑进气涡流比的情况下,对某490增压直喷柴油机不同喷油提前角下的缸内喷雾及燃烧过程进行了三维CFD模拟,给出了4种不同喷油提前角时的缸内火焰、NOx和Soot的时空分布。计算和分析了不同的喷油提前角下,上止点前后喷入缸内的油量比例、着火时刻、上止点温度、最高燃烧温度等对燃烧与排放物的影响。结果表明上止点前后的油量比例对排放有较大影响,对于该机型在喷油提前角较小的情况下,应考虑适当减小喷油锥角以充分利用燃烧室底部的空气。仅靠喷油提前角的变化并不能同时降低NOx和Soot的排量,并通过性能与排放试验进行了验证。

生物柴油/柴油混合燃料喷油提前角优化

为了得到使用生物柴油/柴油混合燃料的最佳喷油提前角,对不同角度混合燃料的燃烧和排放特性进行了研究。结果表明:喷油滞后(提前),燃烧压力、压力升高率与瞬时燃烧放热率降低(增加),曲线后移(前移)。NOx排放降低(增加),且随着负荷的增加,降低(增加)的幅度增大。原机条件下混合燃料烟度最低,喷油提前和滞后都会引起烟度的增加。喷油适当滞后(降低3°)可以在烟度增加不多的情况下有效控制生物柴油/柴油混合燃料的NOx排放,同时压力升高率的降低会使发动机工作更加柔和。