基于EGR耦合多段喷射技术实现超低排放

以节能与超低排放为目标,在一台CA6DL2-35E3高压共轨重型柴油机上借助ETAS标定系统及CFD模拟软件耦合废气再循环(EGR)及喷油规律柔性控制,试验研究与模拟分析EGR实现低温燃烧模式超低排放的可行性。结果表明:基于多段喷射协同优化缸内流动特性、化学氛围、热氛围的燃烧模式可以理解成时间意义上的分区燃烧;三段喷射协调优化缸内流动状态与化学氛围迁移实现全转速范围内时间分区燃烧的适用工况达60%;依据EGR延长预混时间、抑制燃烧速率的双重作用及后喷给EGR提供碳烟裕量的特性,EGR介入后实现了低燃烧噪声的低温燃烧模式。

水平对置GDI发动机多段喷射控制策略研究

针对某型水平对置四冲程汽油缸内直喷(Gasoline Direct Injection,GDI)发动机,设计了曲轴位置传感器和判缸信号传感器,研制了发动机的燃油喷射控制系统;在此基础上,研究了发动机多段喷射控制策略,包括正时控制和分段控制,并使用微控制器的脉冲序列输出(Queued Output Match,QOM)功能实现多段喷射控制。硬件在环仿真试验结果表明,所设计的多段喷射控制策略准确可行,实现了水平对置GDI发动机多段喷射的精确控制。

高环境压力下燃油连续多段喷射喷雾特性研究

在定容弹中,基于相同的喷油压力、喷油量和环境温度,利用纹影法研究了不同的环境背压和喷油规律下的汽油直喷多孔喷油器的喷雾特性。试验结果表明:边界条件相同时,改变环境背压会影响喷油贯穿距,随环境背压上升,喷油贯穿距先减小后趋于平缓,环境背压由1MPa上升至2MPa时喷油贯穿距减小约12mm,而由2MPa上升至3MPa时基本无变化;喷油规律对喷油贯穿距和雾滴群形态均会产生影响,且在环境背压的影响协同作用下,喷油贯穿距最多可以减小约22mm;多段喷射对雾滴群燃油浓度分布调节作用显著,单段喷射的雾滴群前端密度较高,两段喷射较为均匀,三段喷射后端密度较高,连续多段喷射技术有利于形成高质量的混合气。

多段燃油喷射对碳酸二甲酯-柴油混合燃料燃烧过程的影响

柴油机多段燃油喷射可用来优化缸内燃烧以实现排放净化的目标。该文采用两段预喷和一段主喷组合的多段燃油喷射进行混合燃料D10(90%柴油+10%碳酸二甲酯)燃烧过程的研究。通过预喷相位可调但3段喷油之间相位间隔恒定、主喷持续时间可调但第1、2段预喷持续时间固定的喷油策略,实现在目标工况下精确的放热中心COHR(center of heat release)。当调整多段燃油喷射策略实现目标COHR以等步长推移时,柴油机的燃烧过程呈现如下特点:各工况的着火时刻均处于第2段预喷和主喷之间;从喷油时刻至着火时刻所经历的曲轴转角越来越小;着火时刻至放热中心所占用的曲轴转角则越来越大;缸内燃烧压力峰值出现位置与放热中心位置较为接近,相对缸内峰值压力出现位置,COHR不断后移且相距更远。与柴油相比,D10的滞燃期更长,其最大压升率也更高。由于易汽化的碳酸二甲酯促进了燃料混合及后续燃烧,从着火时刻到10%放热率及90%放热率对应时刻所占用曲轴转角均变小,说明碳酸二甲酯的加入有助燃烧的迅速进行。基于COHR为表征的燃烧特性分析,为碳酸二甲酯/柴油混合燃料的应用、多段燃油喷射调控燃烧过程及排放控制理论提供指导。

大功率柴油机双段喷射的仿真

利用GT-Power软件,建立了16V280ZJ型柴油机电子喷射系统的整机模型。对直喷柴油机典型的双段喷射方案进行燃烧过程仿真计算。16V280ZJ型柴油机是中国铁路干线内燃机车的动力装置。通过与试验结果的对比,对计算过程参数进行了修正,计算结果有效反映出了两次喷射脉冲的油量分配比例和喷射脉冲间隔角对排放特性及燃油经济性的影响规律。最后以改善柴油机排放和降低压力升高率为目标,总结出了双段喷射模式下的喷油规律优化方案。

一种新型的电控燃油喷射技术分析

发动机缸内直喷技术,对汽车动力性和燃油经济性及排放有着重要的应用价值。通过分析发动机缸内直喷技术的产生和发展,以及在当下研究中存在的问题,提出了一种基于定容式燃烧的新型电控燃油多段缸内直喷技术。主要进行融合了高的充量浓度的燃油喷射及喷雾宏观形态区别的试验研究和相关机理分析,使得燃油经济性和排放性能达到最优组合。

面向缸内直喷汽油机燃烧调控中若干基础问题研究综述

汽油机缸内直喷技术可比进气道喷射自然吸气均质混合气汽油机热效率提高20-25%。然而稀燃时火焰传播速率低,火核生成困难,因此采用分层混合气燃烧组织方式用于提高点火性能和燃烧速率,采用提高缸内充量运动强度和废气再循环在保证燃烧速率的同时降低NOx排放。因此对缸内直喷汽油机燃烧调控进行研究具有提高内燃机利用效率的意义。

直喷汽油机缸内喷雾湿壁问题研究

直喷汽油机的湿壁问题会导致机油稀释,燃油经济性下降及尾气排放增加。但通过喷雾、燃烧室及缸内流场三者合理匹配与优化可以大大减少燃油湿壁。利用激光诊断技术对某直喷喷油器的喷雾特性进行全面测试,然后标定三维CFD软件中的喷雾模型,对缸内喷雾和混合气形成过程进行仿真计算,并研究了燃油喷射策略对燃油湿壁的影响。研究结果表明:采用两段喷射策略可以降低15%的碰壁量,混合气均匀程度基本不变;采用三段喷射可以降低27%的碰壁量,并可明显改善混合气浓度分布。

喷油参数对车用发动机油气混合及燃烧的影响

在一台高压共轨CA6DL2-35E3重型柴油机欧3喷油MAP基础上借助INCA标定工具进行为优化喷油参数的单因素调整试验,并利用STAR-CD软件获取的微观场变化综合分析喷油参数对油气混合及燃烧的影响规律。结果表明:提高喷油压力(单段喷射)可提高缸内油气混合速率,除NOx排放外,燃油经济性及碳烟排放均有改善。引入后喷后(三段喷射),在喷油方向上保证氧气充足的前提下尽可能减小主后喷间隔的同时,选取适量后喷油量强化喷油末期油气扰动可实现对燃烧全过程的油气混合控制,并综合实现对发动机性能的优化。

不同喷油正时的柴油机PCCI燃烧过程数值模拟

应用CFD软件对采用预喷-预喷-主喷喷油策略的单缸增压柴油机燃烧过程进行数值模拟,分析不同喷油正时方案对燃烧过程及NO和soot排放物生成历程的影响.结果表明:随着喷油时刻推迟,缸内压力逐渐降低,主放热峰下降且不断远离上止点,预混燃烧比例增加,缸内低温PCCI燃烧模式更加明显;放热率10%(q10)时刻以稀预混燃烧为主,soot生成量减少,但因预混放热快而使NO生成量增多,缸内整体的低温效应使q90时刻NO生成量降低,soot生成量先增加后又因燃烧空间扩大及预混燃烧比例增加而下降;柴油机低温PCCI燃烧模式可实现NO与soot排放兼顾控制.

基于燃烧边界参数响应曲面设计的柴油机性能优化

在一台增压中冷共轨柴油机上利用实验设计响应曲面法进行性能优化研究。研究选取喷油参数和EGR率共5个影响因子,并以国4排放标准及低于5%油耗量恶化为限定目标,以稳态测试循环B转速50%负荷工况为例,获得的多目标优化因子组合数据结果表明:响应曲面模型可以确立影响发动机性能的核心影响因素,且因素贡献度高低与发动机具体性能参数有关;主因参数之间、主因与次因参数之间的交互作用对发动机性能的贡献度要大于次因参数之间的交互作用;结合满意度函数准确预测出了满足目标设定要求的最佳性能,NOx比排放和消光烟度分别为3.41g·(kW獉h)-1和4.7%,油耗率为221.3g·(kW獉h)-1,可为发动机性能研发工作提供参考。

高压共轨柴油机怠速控制策略研究

柴油机由于怠速时供油量较小,各缸供油量不同和每缸供油量的波动很大,在不同的冷却水温下保持稳定转速所需的喷油量不同,会造成燃烧过程恶化、排放性能变差。因此,分析了车用高压共轨柴油机怠速不稳定因素,采取了多种措施,如怠速开环和闭环控制、各缸均衡控制以及多段喷射等来减小怠速时的转速波动和运转噪声,通过试验验证了这些方法的有效性,从而提高了柴油机的怠速性能。

PCCI柴油机燃用DMC和生物柴油的燃烧活性调节模拟研究

应用CHEMKIN-PRO化学反应动力学和Converge三维模拟仿真相结合的手段,研究了DMC(碳酸二甲酯)和大豆生物柴油两种酯类燃料对低负荷下采用“预喷+预喷+主喷”喷油策略的PCCI(premixed charge compressed ignition)柴油机燃烧与排放的影响。建立并验证了DMC-柴油混合燃料机理模型,分析了DMC-柴油和生物柴油-柴油两种混合燃料体系中低温下关于OH的反应流。结果表明:添加含氧燃料后OH生成量及反应系统活性增加,B10燃料(在柴油中添加10%质量分数的大豆生物柴油)的OH生成量比D10燃料(在柴油中添加10%质量分数的DMC)高,且随生物柴油掺混量增加而增加。D10燃料对反应系统活性的增加作用体现在整个反应系统中,燃空当量比浓区减少,油气扩散情况较好,而B10燃料反应系统活性的增加作用则仅体现在局部区域中,燃空当量比浓区及局部高温区域增加,但可燃混合气区域缩小。相比于柴油,D10,B10和B48(在柴油中添加48%质量分数的大豆生物柴油)燃料的NO x排放分别升高了6.2%,5.3%和8.1%,soot排放分别降低了58.1%,23.5%和68.4%。

柴油机电控燃油喷射电磁阀的驱动逻辑优化

介绍了一套新的柴油机电控燃油喷射电磁阀的驱动软件。电磁阀的驱动电压提高到36V以加快其响应速度;以降低能量消耗为主要目标优化了带有预喷射的电磁阀驱动逻辑;根据驱动逻辑,设计了包括电流反馈控制的控制时序;在MC68376单片机TPU模块的基础上编写了控制软件,该软件采用中断嵌套技术提高了喷射实时性。对控制软件的实验表明,该软件能精确实现包括预喷射在内的喷射过程,并有效地降低能量消耗。

放热中心对DMC-柴油燃料排放特性的影响

为提高柴油机的燃烧热效率及有效降低有害排放物,在1台高压共轨单缸柴油机上,运用2段预喷和1段主喷组合的多段燃油喷射,并耦合高EGR率以实现低温预混合燃烧。在不同放热中心及EGR率的条件下,对比研究柴油及D10燃料(在柴油中掺入10%碳酸二甲酯)的排放性能。研究结果表明:随着放热中心(crank angle 50,CA50)后移,NOx排放显著降低,HC及CO排放的变化则相对平缓,PM排放呈先增加后降低的趋势;通过调整燃油喷射系统参数调控CA50(燃油路径)及采用EGR率(气体路径)均可实现对NOx的控制,但对其他排放物的作用效果却各不相同;高EGR氛围耦合较晚的CA50,即燃油路径与气体路径二者良好的匹配使用,可实现NOx和PM这2个目标变量的兼顾控制;与柴油相比,使用含氧燃料D10后,HC和CO均略有下降,NOx排放略有上升,但在PM排放方面可以获得大幅度的降低,可为NOx与PM排放之间的再平衡提供更大的空间。