某船用柴油机增压器共振分析与改进研究

针对某船用柴油机增压器共振导致振动超限问题,通过试验与仿真相结合方法分析其共振源,并研究温度对模态频率的影响,依据分析结果提出改进方案并进行验证。结果表明:外特工况增压器振动存在两个明显共振峰,第二个共振峰振幅最高,由增压器固有频率与柴油机主激励频率共振导致,应作为优化的重点;由于弹性模量受到温度的影响,随工作温度升高,柴油机上增压器等高温件模态频率呈降低趋势;更改压气机端管路连接方式和增加固定支架无法使增压器模态频率避开柴油机主激励频率;通过取消排气接管,降低重心高度,使增压器模态频率和振动幅值满足限值要求。研究成果可为增压器共振问题排查及优化设计提供参考。

不同测试工况对车用柴油机CH_(4)和N_(2)O排放的影响

以某国六车用柴油机为试验对象,通过开展世界统一稳态循环(WHSC)和冷热态世界统一瞬态循环(WHTC)台架试验,分析和研究在不同边界条件下尾气中CH_(4)和N_(2)O的排放特性。结果表明:随排气背压增大,N_(2)O的WHSC比排放量逐渐变大,在冷热WHTC下N_(2)O的比排放量呈现先升高再降低的趋势;而CH_(4)的比排放量在2种循环中均先降后增。WHSC下随着进气阻力的增大,N_(2)O的比排放量增大;而CH_(4)的比排量放降低。冷热WHTC下的比排放量方面,N_(2)O呈现下降的趋势,而CH_(4)先增后减。WHSC和冷热WHTC下,CH_(4)的排放体积分数均处于无序波动状态,而N_(2)O体积分数会在负荷突增时出现峰值,二者浓度变化规律与边界条件无关。

增压柴油机进气压力波动规律的试验研究

利用Kistler公司的瞬态压力传感器和Dewetron公司的燃烧分析仪,在某V型8缸增压柴油机上,测量了第1缸进气道入口进气压力在不同转速、不同负荷下的波动状况,对压力波动曲线进行了数据处理、对比和分析。结果表明:在相同的转速下,不同负荷时,进气压力波动的规律相近,负荷越大,进气压力的平均值越大,进气压力的波动范围也越大,但是波动强度很接近,变化不大;对于不同的转速,进气压力的波动规律明显不一样,随着转速的变化,压力最大值对应的曲轴转角不同,波动强度也是随转速波动变化的。

复合增压系统结构参数对车用柴油机进气过程的影响

开发了适合于车用柴油机的脉冲谐振废气涡轮复合增压系统,对不同的复合增压系统结构参数进行了试验研究,测录了进气压力波和充量系数,找到了一定的规律性,为谐振涡轮复合增压系统的深入研究奠定了基础。

增压柴油机进排气过程的模拟计算研究

基于GT-POWER软件建立了包括增压柴油机进气系统、排气系统和排气消声器的工作过程模拟计算模型,通过模拟计算研究了发动机的外特性指标、最高燃烧压力、进排气系统压力波动、消声器端口压力等参数的变化,试验验证表明:所建立模型能够正确预测发动机进排气系统中的压力波。

船用柴油机涡轮增压器的进气消声器性能分析

为更好地进行船用低速柴油机涡轮增压器进气噪声控制,以现有自行设计的径向进气消声器为研究对象,探讨了其性能预测方法,并进行了相应的试验验证.结果表明:消声器对压气机性能影响较大,压气机性能计算时应将其考虑在内;采用管道声模态法计算了消声器传递损失,主要降噪频段及降噪量结果与试验测量值一致,消声器可以有效抑制高频段的增压器进气噪声,离散单音噪声峰值明显降低.在增压器高转速时,消声器对中、低频段的多重单音噪声峰值抑制能力有限,在原有消声器结构中加入声衬,可以使消声器低频和高频声学性能得到进一步优化.

基于两级增压与进气门晚关协同作用对柴油机热效率和排放的影响

以重型柴油机为研究对象,基于部分均质预混燃烧模式研究进气门晚关定时(RIVCT)与两级增压器的优化匹配.对两级增压匹配方法进行了研究,发现合理控制中冷强度、两级压气机的运行效率耦合压比分配技术,可以得到满足压比所需的最小驱动功.在各转速平均有效压力为0.5,MPa工况(25%负荷)发现使用RIVCT,进气流量降低使压气机运行在高效率区,降低了对驱动功的要求,故压比仍能保持不变.同时,进气压力不变的情况下,进气流量减少导致排气压力降低,减少泵气负功从而提高热效率,但各转速热效率提升幅度不同,1,300,r/min、1,600,r/min和1,900,r/min有效热效率分别提高了约1%、1.5%和2%.在相同喷油定时和EGR率(低压EGR循环)的情况下,使用RIVCT后有效压缩比降低,降低了压缩温度使滞燃期加长,混合时间增加,Soot排放降低(降低幅度约30%);滞燃期的加长使混合更加均质,降低缸内局部火焰温度,导致NOx排放大幅度降低(降低幅度约70%).

车用柴油机谐振涡轮复合增压系统的研究

本文介绍了所开发的适合于车用柴油机的脉冲谐振废气涡轮复合增压系统。对复合增压柴油机进行了试验研究,并与普通涡轮增压柴油机进行了对比,在较宽广的转速范围内测录了进排气管系中压力波动、充量系数及发动机性能参数。研究结果表明,采用该系统对改善增压柴油机低速性能和烟度有很大的潜力。

发火顺序对增压柴油机进气不均匀性影响的研究

在某V型多缸柴油机性能试验和多个气缸压力测量的基础上,对该柴油机的一维性能仿真计算模型进行了标定和校核,并应用验证后的模型计算和分析了该柴油机不同曲轴结构对应的发火顺序时各缸进气流量的不均匀性。计算结果表明:不同发火顺序造成各缸进气门前压力波动的规律差异很大,造成各缸进气不均匀度的差异也很大,相比之下,平面曲轴对应的发火顺序造成的进气不均匀度较小,而十字曲轴、成对曲轴和混合曲轴对应的发火顺序造成的进气不均匀度较大。

带有进排气旁通的相继增压柴油机的计算分析

建立了带有进排气旁通的相继增压柴油机稳态仿真程序,缸内过程采用充满与排空法,进排气过程采用一维非定常流动模型,选择有限体积法对其进行离散求解。对某船用带有进排气旁通的相继增压柴油机,进行了多组性能模拟计算,结果表明:计算结果与试验数据基本一致;柴油机转速在855～920 r/min时,开启旁通阀,能增加压气机的空气流量,避免喘振,并提高了增压压力,降低了排温,改善了柴油机的大扭矩性能,但柴油机的经济性有少量降低。

柴油机涡轮再冷增压系统设计与试验

针对柴油机进行了涡轮再冷增压系统参数计算,设计并加工了空气涡轮增压器.对空气涡轮增压器和再冷增压系统进行了试验,空气涡轮最高效率达到77.4%,随空气涡轮转速和中冷器出口温度升高,气流流经涡轮温降增大.建立了匹配涡轮再冷增压系统的柴油机模型并进行了外特性的循环模拟计算,结果表明,所设计的涡轮再冷增压系统在保持柴油机进气量不变的同时,能够有效地降低柴油机进气温度和氮氧化物排放.

涡轮增压柴油机进气流量建模研究

利用增压柴油机外特性试验数据,将用于计算增压燃气发动机进气流量的经验公式系数进行重新标定,建立增压柴油机进气流量估算模型。通过ESC和ETC试验分别进行增压柴油机稳态工况与动态工况模型预测流量与实测流量的对比验证。结果表明,稳态工况时,模型中两拟合公式结合使用,相对误差在(-10%,+10%)范围内;瞬态工况时,模型预测流量相对于试验流量的跟随性都较好,在瞬态小流量工况时选用一次拟合关系式计算效果更好。

柴油机涡轮谐振复合增压技术的应用

探讨了四缸柴油机采用谐振复合增压系统的可能性。试验结果表明，设计的国产R4100ZT型柴油机的谐振复合增压系统，改善了增压柴油机的低速扭矩特性，并使整机性能有一定改善。

甲醇均质混合气F-T柴油引燃对柴油机综合性能的影响分析

针对进气道喷入甲醇由F-T柴油引燃(HCII)的燃烧方式,在增压中冷柴油机上开展了发动机性能和排放试验。结果表明,当循环供油量一致时,标定工况下发动机的功率和扭矩与原机(仅燃用柴油)相比都有所下降,最大降幅为8%。转速为2 400r/min的负荷特性下燃用4种混合燃料时缸内最高燃烧压力均呈现上升趋势,且都低于同工况下仅燃用纯柴油时的压力。在2 400r/min的负荷特性下,随着甲醇比例的增加,NOx排放显著下降,最高降幅77%,炭烟排放低负荷时升高,高负荷时下降。

柴油机进气管瞬态流动均匀性三维数值模拟

运用计算流体力学方法对柴油机进气管瞬态流动过程进行了三维数值模拟,讨论了在进气重叠期内,不同工况下进气管内部流场的变化情况。分析了柴油机进气增压压力、转速以及进气重叠时间对各进气歧管出口空气质量流量、进气分配质量、进气最大不均匀度的动态影响。计算结果表明:柴油机进气增压压力越低,进气最大不均匀度越大;进气重叠角越大,进气最大不均匀度也越大;柴油机低转速工作时的进气最大不均匀度要高于高转速最大不均匀度。通过提高进气增压压力、合理优化进气管几何结构,可以减小柴油机在进气过程中出现的进气分配不均匀现象。

涡轮增压柴油机可变谐振进气系统的计算研究

为节省涡轮增压可变谐振进气系统设计的时间和费用,本文研究了该系统模拟计算方法。其中进排气采用一维非定常流动模型,控制阀采用节流孔板模型。计算与试验结果的对比表明模拟计算方法是可行的。通过模拟计算分析了控制阀泄漏和开度对充量系数的影响。

进气管结构对增压柴油机进气不均匀度影响的研究

在某V型多缸柴油机性能试验和多个气缸压力测量的基础上,对该柴油机的一维性能仿真计算模型进行了标定和校核,并应用验证后的模型计算和分析了该柴油机采用Π型进气管和环型进气管时各缸进气流量的不均匀度.分析表明:不同的进气管结构造成各缸进气门前压力波动的规律差异很大,进而引起进气门前后压差的变化规律差异较大,最终造成各缸进气不均匀度的差异很大,采用环型进气管可以降低发动机的进气不均匀度.

谐振进气改善增压中冷柴油机性能和排放的研究

自行设计了适合于车用增压中冷柴油机的谐振进气系统,试验研究了谐振进气对柴油机燃油消耗率(b)、充量系数(c)、排气烟度(Rb)、PM等气体排放物的影响。结果表明,采用谐振进气系统可有效改善增压中冷柴油机的低速性能。合理匹配谐振系统参数,在低于谐振转速的工况范围内,可有效提高增压中冷柴油机的进气充量,增加空燃比(α),降低b和Rb。采用谐振箱容积为1.83 L、谐振管直径为50 mm、谐振管长度为1.1 m的谐振系统,与原机相比,低速工况c提高5%,Rb降低33%,同时有效降低了CO及PM排放。

涡轮增压可变谐振进气系统的试验研究

涡轮可变谐振增压系统中蝶形阀的开闭规律会影响发动机的性能，为了得到使发动机整个运行工况都有较佳性能的开闭规律，试验测量了不同转速和负荷下蝶形阀开和闭的发动机性能，发现碟形阀的开闭规律主要依赖于转速，并确定了蝶形阀的最佳控制规律。采用可变谐振系统，可使试验发动机中低速的燃油消耗率下降约4g／（kW·h），最高燃烧压力下降约0．25MPa。

车用柴油机在不同增压系统下的燃烧过程

在较宽的转速范围内测录了增压柴油机的高压示功图 ,喷油系统的泵端压力、嘴端压力、针阀升程 ;利用内燃机燃烧过程的分析诊断软件计算了燃烧放热规律和喷油规律 ;应用柴油机燃烧及喷油过程特征参数的分析方法 ,对 3种不同增压系统下柴油机的燃烧过程进行了分析。