Mechanism and optimization of fuel injection parameters on combustion noise of DI diesel engine

Combustion noise takes large proportion in diesel engine noise and the studies of its influence factors play an important role in noise reduction. Engine noise and cylinder pressure measurement experiments were carried out. And the improved attenuation curves were obtained, by which the engine noise was predicted. The effect of fuel injection parameters in combustion noise was investigated during the combustion process. At last, the method combining single variable optimization and multivariate combination was introduced to online optimize the combustion noise. The results show that injection parameters can affect the cylinder pressure rise rate and heat release rate, and consequently affect the cylinder pressure load and pressure oscillation to influence the combustion noise. Among these parameters, main injection advance angle has the greatest influence on the combustion noise, while the pilot injection interval time takes the second place, and the pilot injection quantity is of minimal impact. After the optimal design of the combustion noise, the average sound pressure level of the engine is distinctly reduced by 1.0 d B(A) generally. Meanwhile, the power, emission and economy performances are ensured.

Optimization of Injection Timing and Injection Duration of a Diesel Engine Running on Pure Biodiesel SME (Soya Methyl Ester)

This study was carried out to predict the impact of injection timing and injection duration on engine brake power and Nitrogen Oxides emissions in a diesel engine using biofuel Soya Methyl Ester (SME). Predictions were accomplished at three different injection timings 10°, 5° Crank Angle (CA) before Top Dead Center (bTDC) and 0° CA at Top Dead Center (TDC) and four injection durations 20°, 25°, 30°, 35° CA. The study was conducted using a simulation software (Diesel-RK). The predicted results showed that the powers produced by all the setups of the different injection timings are almost equal, but they differ in injection durations, e.g. the power at setup (10° CA-bTDC) duration 20° CA and 2500 rpm equal to 52 kW, at setup (5° CA-bTDC) duration 25° CA and same engine speed the power is equal to 51 kW, and at setup (0° CA-TDC) durations 30° the power is equal to 51 kW. The power in all setups are decreased as the injection duration increased, e.g. at setup 0° CA TDC durations 25°, 35°, and 40° CA and at 4000 rpm, the brake powers are equal 71, 65, and 59 kW respectively, thus the reduction percentages are 9% and 17% when compared to the 25° injection duration. The nitrogen oxides emissions decreased as the injection duration is increased, e.g. the emissions at setup (10° CA-bTDC) durations 25°, 30°, and 40° CA and at 2500 rpm are equal 852, 589, 293 ppm respectively, the reduction percentages are 30% and 72%. The variations of injection timing and injection duration have taken a weighty influence on engine performance and emissions. The results are considered as a novelty in the field of using pure biofuel Soya Methyl Ester in diesel engine according to our information.

大缸径柴油机燃烧系统优化模拟

为提高某缸径200 mm船用发电柴油机的燃油经济性,本文设计了活塞燃烧室和燃油喷射系统的升级方案并进行了模拟优化。升级方案提高了压缩比和燃油喷射压力,采用大径深比浅ω燃烧室配合158°喷油夹角喷油嘴。对不同方案下发动机的缸内工作过程进行了计算流体力学模拟,计算了高压指示功和放热率相位,分析了缸内温度、反应过量空气系数和速度分布及演化。模拟结果表明:升级方案能够提高发动机热效率。增加喷孔数并减小孔径,可以在保持NOx排放基本不变的条件下提高高压指示功4.5%,降低碳烟排放约60%。采用“平顶”浅ω燃烧室与158°喷油夹角喷雾配合,油气混合气快速进入余隙并形成逆时针的漩涡流动,能够加速油气混合和燃烧过程,提高热效率。

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。

喷油压力与喷孔参数对柴油机性能协同影响的仿真研究

基于田口设计,利用CONVERGE软件对一台涡轮增压柴油机进行了数值模拟,探究了喷孔数量、喷孔孔径与喷射压力对柴油机性能的协同影响。结果表明:在喷油压力过高或喷孔截面积过大的情况下,缸内压力升高率明显偏大,且压力急剧升高的时刻提前,不利于柴油机平稳运行;适当提高喷射压力、增加喷孔数且减小孔径可以促进燃料的雾化混合,加速缸内混合气燃烧,促进发动机动力性与经济性提升,降低NO_(x)及Soot排放。对于燃油消耗率和NO_(x)排放,喷孔数影响最为敏感,喷孔直径与喷油压力次之;而对于Soot排放,影响因素的主次关系依次是喷油压力、喷孔数、喷孔直径。通过喷射压力和喷孔参数的协同优化,发动机燃油消耗率、NO_(x)和Soot生成量分别较原机降低了4.37 g/(kW·h),11.2%和9.14%。

基于神经网络的柴油机润滑油稀释率预测方法研究

为了实现柴油机润滑油稀释程度的准确、快速检测,基于试验建立了润滑油稀释率与理化参数指标的数据集。利用果蝇优化算法(fruit fly optimization algorithm,FOA)搜寻最优解更新广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)的光滑因子,提出了一种多理化指标参数融合的润滑油稀释程度预测方法。仿真结果表明:该模型的拟合优度为99.9%,均方根误差为0.106。通过将4种模型进行对比,证明了FOA–GRNN模型在预测精度、收敛速度及稳定性上的优越性。在实际柴油机远后喷试验中,将该预测方法与气相色谱(gas chromatograph,GC)法进行对比,二者的绝对误差在0.5%之内。该预测方法在保证检测精度的同时大大缩短了检测时间,为柴油机实现按质换油提供了理论和技术指导。

Investigation of the combustion deterioration of an automotive diesel engine under transient operation

With increasingly stringent emission regulations and demand for fuel economy by the public,the combustion and emission problems of automotive diesel engines during transient operation have become vital and urgent issues.In this study,combustion deterioration has been experimentally analyzed using a heavy-duty turbocharged diesel engine running under transient conditions(constant speed and increasing torque).Optimization of the transient combustion process was performed by adjusting the fuel injection parameters.The results indicated that the notable combustion deterioration relative to steady state operation while transient was a function of the delay in the air-supply to the turbocharged engine,and took the form of combustion phasing delay,resulting in rapidly increasing smoke emission and fuel consumption.However,the delay in combustion phasing can be controlled by advancing the fuel injection timing,effectively increasing thermal efficiency.Unfortunately,smoke and NO x emissions increased at the same time.The deterioration in combustion phasing can also be improved by increasing injection pressure,resulting in decreased smoke emission while NO x emission increased.It is worth noting that the effective thermal efficiency first increased and then decreased as fuel injection pressure increased during transient operation.

EGR率对柴油机排放特性影响的试验

研究了增压直喷柴油机在不同工况下不同EGR率对性能和排放的影响规律,确定了各个工况下EGR率的优化原则,并获取了柴油机最佳EGR率的M AP图,设计出一套EGR电子控制系统,可以对EGR系统中的进气节流阀和EGR阀进行控制,确保不同工况的最佳EGR率。发动机台架试验证实,设计的EGR电控系统按所获取的最佳EGR率运行,可以使NOx排放量降低19.9%,CO和HC排放量略有增加,动力性和经济性与原机相当,对EGR回路冷却可以抑制柴油机因使用EGR技术而导致的PM排放的增加。

车用柴油机缩口型燃烧系统参数优化试验研究

在小型增压直喷式柴油机上采用缩口排放型燃烧室 ,对其喷射系统参数进行匹配试验研究。试验结果表明 ,在不影响柴油机性能的前提下 ,通过喷射系统参数的优化匹配 。

MULINBUMP复合燃烧系统多次脉冲喷油控制参数的优化研究Ⅱ:5次脉冲喷油控制参数的优化

利用基于微种群遗传算法和改进的KIVA程序搭建的发动机多参数优化模拟平台,开展了MULINBUMP复合燃烧系统多次脉冲喷油控制参数的优化研究。主要对5次脉冲喷射的喷油压力、喷油定时、各脉冲油量和脉冲间隔等11个参数进行优化。优化后发动机的油耗降低了25.4%,而NOx和碳烟排放值限制在预先规定的范围内,这说明微种群遗传算法非常适合发动机多参数优化问题的求解。分析优化结果发现,提高喷油压力联合递增式的喷油规律能够显著减少燃烧室内油滴数密度和缸套"湿壁"油量,促进均匀混合气的形成;精确控制后期脉冲喷油时刻,使后期喷油落在燃烧室内,可以充分利用燃烧室凹坑内的新鲜空气,提高燃烧效率。

直喷式柴油机进气涡流比与喷油系统参数优化匹配的多维仿真研究

基于多维数值模拟方法,研究了直喷式柴油机进气涡流比与喷油系统参数之间的匹配关系,并分析了进气涡流对柴油机油束撞壁的影响。研究结果表明:对于较小口径比的柴油机燃烧室,进气涡流对燃油混合的促进作用主要发生在油束撞壁以后,并影响燃油蒸气在燃烧室壁面附近的轴向分布情况;为了获得理想的燃油蒸气空间分布,涡流比的匹配值应随着喷孔数的增加而逐渐减小;通过改变喷油器的油束夹角,可以改善燃油蒸气在燃烧室壁面处的轴向分布情况,改善发动机的燃烧效果。

高压共轨柴油机起动过程特点与优化方法的研究

提出了高压共轨柴油机起动过程中的共轨压力建立、转速升高过程和动态烟度三方面的特点,并以排气烟度为优化目标,提出了按转速进行分阶段考察和采用正交试验方法对起动过程喷油参数进行标定和优化的方法。试验是在一台6缸6HK1高压共轨柴油机上进行的。

轻型柴油机预混合低温燃烧路径优化试验及分析

为探索轻型车用柴油机在中小负荷率工况下实现超低排放的预混合低温燃烧策略,以某四缸轻型车用柴油机为样机,在中小负荷率工况下,进行了喷射正时、废气再循环率(exhaust gas recirculation,EGR)、进气温度、喷射压力、预喷射等不同控制参数对柴油机预混合低温燃烧影响的试验研究。证明适时早喷射可延长预混合期实现预混合燃烧,改善柴油机碳烟排放;采用高比例EGR技术降低进气氧浓度能有效控制预混合燃烧温度,可有效降低NOx排放,同时可推迟由早喷射造成的过早的燃烧相位;在适时早喷射结合高比例EGR的基础上,协同优化喷射压力、进气温度与预喷射参数改善NOx和碳烟排放Trade-off关系,以实现超低排放的预混合低温燃烧;通过预混合低温燃烧路径优化后,10%、25%和50%负荷率工况NOx排放与原机相比分别降低97.8%、80.7%和62.1%,碳烟排放分别降低76%、93.9%和47.1%。3个负荷率工况下优化后的有效燃油消耗率比优化前略有上升。研究结果为轻型柴油机预混合低温燃烧过程的优化及污染物排放控制技术提供了理论基础。

柴油机高原喷油策略遗传算法优化及罚参数研究

针对高原环境下,涡轮增压柴油机动力性恶化,涡轮增压器喘振、超速和涡轮入口温度上升等问题,提出通过遗传算法优化喷油策略恢复高原功率的方法.在柴油机性能仿真模型的基础上,建立了柴油机高原喷油策略优化模型,设计了遗传算法中选择优良个体的依据——适应度函数,通过仿真研究喷油参数对喘振裕度的影响规律,并结合喷油参数对增压器转速和涡前温度的影响规律,将适应度函数中的罚参数的个数由4个缩减为2个,研究了罚参数对种群分布和优化效果的影响,提出了罚参数取值方法并验证了其合理性.海拔4,km条件下的优化结果显示:标定点功率相对原机提升21%,,恢复至原机平原水平的89.5%;燃油消耗率相对原机降低9.6%,.

船用电控组合泵柴油机喷油定时标定优化

利用基于模型的标定方法,对某船用电控组合泵柴油机进行喷油定时标定优化。详细介绍了试验设计、建模、优化等基于模型的标定优化方法的基本过程。标定优化结果表明:标定优化后,柴油机经济性区域明显扩大,NOx比排放降低,达到了预定目标。将均匀试验设计方法和基于模型的标定优化方法相结合能有助于提高标定质量和标定效率。

大负荷工况下柴油机低温燃烧的模拟与优化

通过废气再循环实现低温燃烧能有效降低氮氧化物排放。但大负荷工况下应用EGR将导致发动机性能下降和碳烟排放恶化。对此本文中采用CFD软件和自编程序,进行大负荷工况下低温燃烧的研究,分析不同EGR率下的燃油雾化、壁面油膜生成和燃烧过程。结果表明,随着EGR率的增大,燃油雾化效果变差,壁面油膜增加,燃烧过程滞后,热效率和经济性变差,碳烟排放增加;综合考虑排放和热效率与油耗,选定EGR率为10%,再通过喷油定时优化实现热效率和经济性的改善;最后通过后喷优化,在碳烟排放与原机相近的条件下使NOx排放大幅降低。

单缸直喷柴油机喷油泵凸轮的优化设计

对国产大缸径单缸柴油机喷油系统存在的问题进行了分析;提出了单缸机提高喷油压力的措施;给出了油泵凸轮设计的基本原则和方法。以1125柴油机为例,分析了改进凸轮设计后喷油系统性能的变化,为提高柴油机喷油压力、改善混合气的均匀性及降低柴油机的排放提供了条件。

MULINBUMP复合燃烧系统多次脉冲喷油控制参数的优化研究Ⅰ：发动机参数优化模拟平台的建立

在MULINBUMP复合燃烧系统多次脉冲喷油控制参数的优化过程中,利用一种高效全局智能寻优方法——微种群遗传算法,并结合发动机三维数值模拟程序KIVA,建立起一个发动机多参数优化模拟平台。为提高模拟精度对标准的KIVA程序进行了改进,引入KH-RT雾化模型、层流和湍流多重特征时间尺度燃烧模型、Han和Reitz传热模型以及Hiroyasu和Nagle碳烟排放模型来模拟柴油机多次脉冲喷雾、燃烧、壁面传热及排放过程,同时增添改进的Shell自燃模型来模拟着火过程。计算结果表明,采用改进的KIVA程序计算的喷雾贯穿距、缸内压力、着火时刻、燃烧放热率以及NOx和碳烟排放更接近试验结果;用改进的KIVA程序能够较好地模拟柴油机多次脉冲喷雾和燃烧过程,为进一步利用三维数值模拟计算来指导多脉冲喷油控制参数的优化奠定了基础。

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。

高压共轨柴油机冷起动关键控制参数优化的试验研究

以某直列6缸柴油机高压共轨系统为研究对象,研究了柴油机冷起动控制参数和可控变量,并建立了共轨系统冷起动优化控制方案,通过改变共轨系统燃油喷射压力、格栅预热时间、喷射时刻等相关参数,改善并优化冷起动燃烧过程,采用试验标定验证了优化方案的可行性。研究结果表明,关键参数优化可以明显改善柴油机的冷起动性能,保证柴油机快速起动,满足车用柴油机的使用要求,为柴油机的低温起动标定提供依据。