柴油机低温启动过程关键影响参数研究

为实现柴油机在极端低温环境下可以具备较好的启动性能,对相关影响柴油机启动的参数进行研究。通过正交仿真研究了环境因素(进气压力、进气温度)、设计参数(压缩比、燃烧室缩口比、喷嘴直径)、控制参数(喷油温度、预喷油量、主喷提前角、主喷持续期、主预喷间隔)对柴油机低温条件下启动过程的影响,通过极差分析提取出对柴油机启动过程影响较大的关键影响参数,并以缸内压力、缸内温度和瞬时放热率为评价指标对各因素进行参数匹配研究。结果表明,环境因素和控制参数对柴油机启动过程的影响程度更高,进气压力、进气温度、主喷提前角和主喷持续期为影响柴油机低温条件下启动的关键影响参数,并选择组合1作为最佳参数匹配组合。研究得到了柴油机低温启动过程中的关键影响参数,可为改善低温环境下柴油机的启动效果提供参考。

寒区低温环境下泡沫沥青冷再生混合料性能研究

我国西藏、青海等省区全年气候寒冷,平均气温低,昼夜温差和年温差大,冻融循环频繁,公路建设普遍面临着生态环境脆弱、建筑材料数量匮乏且质量较差等问题。针对上述寒区气候特点,采用5℃、10℃、22℃、40℃、60℃和110℃分别模拟低温、室温、中温和高温养生条件下泡沫沥青冷再生混合料现场养生条件,基于室内试验分析了寒区低温环境温度对泡沫沥青冷再生混合料力学性能、路用性能、耐久性能的劣化影响;进而基于数字图像处理技术和工业CT无损检测技术,探讨了养生温度对泡沫沥青冷再生混合料内部泡沫沥青分散性状及微细观空隙结构的影响规律。结果表明:随着养生温度升高,泡沫沥青冷再生混合料的单轴贯入强度、无侧限抗压强度、动态回弹模量等力学指标均呈指数函数关系增大;相较于标准养生条件,在低温条件下拌和、养生的泡沫沥青冷再生混合料,其高温稳定性、抗反射裂缝性能及抗疲劳性能下降明显,并且环境温度越低,泡沫沥青冷再生混合料的综合路用性能降低幅值越大。升高养生温度后,泡沫沥青在破坏试件界面的分散面积增大,微细观空隙直径减小,并且微细观空隙结构中体积小于0.05 mm3的空隙占比增大。养生温度对泡沫沥青冷再生混合料的作用机理主要在于提高养生温度对泡沫沥青分散性状的促增作用和微细观空隙结构的细化作用。建议在泡沫沥青冷再生路面施工期间加强施工和养生期间的温度控制,并且结合寒区施工季节温度调整室内配合比设计养生温度。本研究成果可为泡沫沥青冷再生技术在寒区的推广应用提供借鉴。

EGR技术对生物柴油混合燃料发动机性能的影响研究

为缓解柴油掺烧生物柴油导致的NO_(x)排放过高问题,将4190ZLC船用中速柴油机作为试验台架,通过AVL_FIRE软件建立燃烧室模型,并验证该模型准确性。设置生物柴油掺混比0~40%等4组变量,EGR率0~12.5%等4组变量,进行柴油机燃烧、性能和排放分析。结果表明,掺烧适量生物柴油能够降低柴油机缸内温度,降低Soot排放,但同时会导致NO_(x)排放明显升高;EGR的引入能够实现低温燃烧,显著降低NO_(x)排放,但EGR率过高会增加Soot排放。生物柴油掺混比B40、EGR率12.5%组合NO排放比原机降低47.7%,Soot排放质量分数比原机降低98.13%。本文结果将为柴油掺混生物柴油燃烧并结合EGR技术提供一定的研究方向。

燃油温度对柴油液相喷雾特性的影响

在低温环境下柴油黏度增大流动性变差,抑制了柴油机柴油喷雾的雾化和蒸发,直接影响柴油机的冷启动可靠性。为解决上述问题,采用背光法试验对比研究高温、低温柴油在不同工况条件下喷雾宏观结构的变化规律,并利用MATLAB对拍摄的喷雾图像进行数字图像处理获取喷雾宏观特性参数。试验结果表明,喷孔直径0.12 mm时,随着喷油压力的变化柴油温度对喷油量的影响比较明显,黏性力的持续作用减慢了靠近壁面的流体层的流动速度,抑制柴油喷出,柴油温度低于0℃时随着柴油温度降低喷油量减少,高压时柴油温度降低导致液滴间增强的黏性力在动能和惯性力的作用下反而促进柴油持续喷出,喷油量随着柴油温度降低而增多。喷油压力为75 MPa时,柴油温度降至-20℃相较38℃柴油喷油量增加了近23.87%。并且小孔径下柴油温度降低液滴间黏性力增大,导致喷雾液滴尺寸增大,液滴所具有的动量越大,削弱柴油喷雾径向发展趋势,轴向运动能力增强,随着柴油温度的降低,喷雾贯穿距增大而喷雾锥角减小,柴油温度从38℃降至-20℃,柴油喷雾在0.70 ms时刻喷雾贯穿距增大了39.89 mm。喷孔直径为0.28 mm时,喷射压力小于75 MPa,喷油量随着柴油温度的降低而减少,相同喷油压力下柴油更多的动量消耗于克服更大的内部摩擦力,使其到达最远距离的能力减弱,降低柴油温度会导致喷雾贯穿距和喷雾锥角均减小,当喷油压力为75 MPa时,0.70 ms时刻-20℃柴油喷雾贯穿距相对38℃柴油喷雾贯穿距缩短了30.86 mm。相同喷射压力下增大喷孔直径,-20℃柴油喷雾贯穿距减小,喷雾锥角增大。随着喷油压力的提升柴油温度对喷雾宏观特性的影响更加突出,喷油压力越高降低柴油温度造成的喷雾贯穿距缩短趋势越明显。研究结果可为柴油机冷起动过程低温柴油喷雾特性提供支撑。

低温起动热力学条件下柴油机喷雾着火特性

针对一款V型八缸增压柴油机,首先分析了其低温起动过程中缸内压缩压力和压缩温度的变化规律,然后在定容喷雾燃烧装置中研究了低温起动热力学条件下柴油的喷雾着火特性,分析了背景温度和背景密度的变化过程中喷雾射流滞燃期和着火位置的变化规律.研究发现:随着背景温度降低,柴油自由喷雾着火滞燃期逐渐增加,着火稳定性逐渐降低;背景密度越高,最低着火温度越低;背景温度低于430℃时,柴油射流的着火成功率非常低,很难着火.该研究对提高起动稳定性,降低燃油消耗率和改善排放有重要的指导意义.

重型柴油机低温起动及暖机过程的颗粒排放特性

低温环境下重型柴油机起动过程碳烟颗粒排放较高,严重影响起动效率。柴油机的低温起动性能受冷却液和润滑油温度的影响,为揭示低温环境下柴油机起动过程的碳烟颗粒排放变化规律,通过单缸发动机台架试验,对起动和暖机过程不同初始水温油温条件下的缸内压力、碳烟烟度和颗粒物浓度排放进行测量。试验结果表明:发动机低温起动初期碳烟排放最高,随着起动和暖机过程中水温油温升高碳烟排放逐渐降低,聚集态颗粒数浓度降低,核态颗粒数浓度升高,总颗粒数浓度受核态颗粒主导而升高;低温起动时提高初始水温、油温,起动和暖机过程中碳烟排放降低,核态颗粒数浓度、粒径、表面积和质量均降低,聚集态颗粒数浓度降低,大尺寸聚集态颗粒增多使得颗粒表面积和质量升高;低温环境下提高加温锅的加热能力以升高初始水温油温,可降低起动过程的碳烟和颗粒数排放,有助于提高起动效率和减少环境污染。

基于燃烧状态反馈的柴油机低温冷起动逐循环控制研究

为改善低温冷起动工况不良燃烧循环,利用CompactRIO控制器开发了燃烧状态反馈系统,实现了缸压采集和燃烧状态参数实时计算及反馈。设计试验探明了不同温度和转速下喷油时刻对CA50(缸内累积放热量达到50%时所对应的曲轴转角)的影响规律,提出了基于燃烧状态反馈的喷油时刻逐循环控制方法,实现了燃烧参数与控制参数的匹配。采用该控制方法后CA50更集中在高效燃烧区间,最高燃烧压力更高且不良燃烧循环得到改善,起动时间平均减少36%,有效改善了柴油机低温冷起动性能。

低温环境下柴油机冷起动性能试验研究

为改善柴油机冷起动性能,对某排量为2.5 L、采用进气加热器预热的柴油机开展环境温度为-30℃极寒条件下的冷起动试验,研究压缩比、节气门开度、预热方式、控制策略等对柴油机冷起动性能的影响。试验结果表明:压缩比为17.0,采用进气加热器时,柴油机加热时间较长,功率消耗大,无法正常起动;增大压缩比和节气门开度,能够提高压缩终了时缸内混合气的压力和温度,改善低温时柴油机的冷起动性能,但效果不佳;采用预热塞预热,柴油机起动迅速,起动时间为3.95 s,可有效提高柴油机冷起动性能;预热塞和燃油油束的相对距离通常设置为0.4~2.0 mm。

舰载涡扇发动机高低温起动试验与分析

为验证某舰载涡扇发动机在高低温环境条件下起动特性,基于高低温起动验证试车台,通过模拟高低温进气和保温条件,开展了采用RP-3燃油和RP-5燃油的涡扇发动机高低温起动性能对比试验。分析了不同环境温度下发动机起动点火性能的变化规律;对比了不同环境温度、燃油种类、转速上升率对发动机起动性能的影响。试验结果表明,大气温度由60℃下降到-20℃,主燃烧室供油到点着火时间延长约1~2 s;在-20~60℃内,采用RP-3和RP-5两种燃油,发动机起动性能基本一致;给定转速上升率降低0.1%/s,低温起动时间延长0.01~0.06(相对值),在高压换算转速n_(Hcor)=0.3~0.5(相对值)转速范围内,反馈转速上升率与给定上升率最大差异为28.2%;整个起动转速范围内,主燃油供油流量最高下降10.8%,燃油总管压力p_(f)与高压压气机出口压力p_(31)之差最高下降10.1%。

进气温度对直喷式柴油机冷起动初始期燃烧和排放的影响

为了研究进气温度对柴油机起动过程燃烧不稳定性和排放的影响规律,利用柴油机起动过程燃烧、排放测控系统,在一台直喷式单缸柴油机上进行了试验。试验结果表明:进气温度对柴油机冷机起动过程初始期燃烧有较大影响,随进气温度的升高,冷机起动着火滞后期明显减小,扩散燃烧增加。提高进气温度能够明显改善着火条件,降低起动过程供油量,减少失火循环,从而明显改善起动过程中的HC排放。

重型柴油机高海拔严寒冷起动性能试验研究

利用高原环境模拟试验台,以某型高压共轨重型柴油机为试验对象,进行了高海拔严寒冷起动性能试验,研究环境温度及海拔高度对柴油机起动转速和怠速等参数的影响规律。研究结果表明:在-20℃环境温度下,海拔每升高1km,起动过程中初始期持续时间平均增加了0.5s,升速期平均转速升高率平均降低了44.6%,最高转速平均降低了35r/min,起动时间和怠速转速循环变动率分别平均增加了21.3%和36.2%。在海拔高度2 000m时,当环境温度高于-30℃时,温度每降低10℃,起动过程中倒拖转速平均降低了25.5r/min,初始期持续时间平均增加了0.42s,升速期平均转速升高率平均降低14.42%,最高转速平均升高了47.5r/min,起动时间和怠速转速循环变动率分别平均增加了38.88%和47.54%;环境温度在-35℃时,冷起动过程升速期出现转速波动,与环境温度-30℃时相比,起动时间增加了166.7%,而怠速转速循环变动率增大了144.8%。

低温环境下ISG技术柴油机起动性能分析

分析了低温环境下ISG技术柴油机起动性能的主要影响因素,结合柴油机的起动阻力矩、最低起动转速和ISG电机工作特性等因素,确定了ISG电机的最大输出功率;考察了极板结构、电解液温度对蓄电池容量的影响,研究了起动阻力矩与ISG电机功率、蓄电池容量之间的匹配关系,得到了起动阻力矩随环境温度、起动转速的变化规律。试验表明：减少板极厚度、增加板极高度,适当提高电解液密度,可以提高蓄电池容量;在相同的环境温度下,起动阻力矩随起动转速的提高而增大,当转速高于200 r/min时,转速每提高50 r/min,起动阻力矩增加4~11 N.m;当环境温度低于0℃,转速不变时,环境温度每降低5℃,起动阻力矩增加约3~5 N.m;-25℃下ISG技术柴油机的起动着火转速可达350 r/min以上,起动时间缩短,且起动过程中转速过渡较为平滑,有利于提高起动工况下的动力性、改善排放性。

车用柴油机起动性能研究

人们发现 ,一些满足排放法规的车用柴油机投入使用后 ,在寒冷地区起动困难 ,而且起动后排气管冒浓白烟 ,这不仅给用户带来不便 ,还污染环境 ,成为低排放车用柴油机需要解决的一个问题。本文介绍了解决这一问题所进行的试验研究工作。研究结果表明 ,过小的供油提前角是造成这个问题的主要因素 。

喷油定时和涡流比对低温燃烧影响的模拟

基于计算流体动力学(CFD)软件和耦合自行编写的程序,对一台柴油机进行低温燃烧模拟研究,对比分析不同废气再循环(EGR)率、喷油定时和涡流比对燃烧和排放的影响.结果表明,随着EGR率增大,燃烧放热过程滞后,缸内压力、温度和放热率峰值和累计放热量降低,壁面油膜生成增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低的同时,碳烟(soot)、未燃碳氢化物(UHC)和CO排放增加;固定EGR率为40%的同时将喷油定时曲轴转角从353°提前至345°,可使燃烧放热过程适当提前,并有利于提高热效率和改善燃油经济性;保持EGR率为40%,喷油定时曲轴转角为345°时,随着涡流比的增大,soot和UHC排放减少,而CO排放出现先减少后增大的趋势,涡流比为3.0时,综合效果较好.

低气压、低温对柴油机起动性能影响分析

针对高海拔、低温环境下柴油机难以起动的问题，以WD615．77柴油机为例分析了低气压、低温对柴油机起动性能的影响，计算了WD615．77柴油机在不同海拔和温度条件下的压缩终点温度、压力和过量空气系数。研究结果表明，温度每下降10℃，海拔每升高1000m，发动机压缩终点压力下降15％，压缩终点温度下降21％，过量空气系数下降8％，着火温度升高13％；随着海拔的升高和温度的降低，柴油机的着火范围逐渐减小。

喷射时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在一台由1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283 K,研究了喷射时刻对甲醇发动机低温(266 K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:推迟喷射时刻能够改善缸内燃烧,使得缸内混合气能够得到较为充分燃烧,减小未燃甲醇排放,当喷射时刻由53°BTDC推迟到49°BTDC时,未燃甲醇排放显著减少;喷射时刻由57°BTDC推迟到49°BTDC时,甲醛排放增大,但当喷射时刻继续推迟到45°BTDC时,缸内最高燃烧温度超过1 200 K,使得甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。

柴油温度对燃烧火焰温度和碳烟生成的影响

通过定容燃烧弹,采用双色法研究不同柴油温度对冷起动过程中燃烧火焰温度和碳烟生成特性的影响,获取缸内燃烧火焰温度分布和表征碳烟分布的KL因子.结果表明:在喷油后3.5~6.0 ms的燃烧稳定时期,柴油温度为40℃的火焰中大于2200 K的区域约占60%,柴油温度为20℃的火焰中大于2200 K的区域约占55%,柴油温度为0℃的火焰中大于2200 K的区域约占40%.随着柴油温度的降低,柴油蒸发吸热量增加,局部范围内温度下降,使火焰高温区面积减小,火焰温度总体降低.在燃烧稳定的时期,柴油温度为40、20和0℃时,KL因子大于0.9的碳烟较多的区域分别占60%、50%和40%.随着柴油温度降低,着火滞燃期增加,油、气混合的时间增长,局部空燃比更大,导致KL因子随着柴油温度的降低而减小.

采用分子筛SCR催化器降低柴油机NO_x排放的试验研究

在1台6缸柴油机上进行了十三工况各选定氨氮比(N_(SR))下的两种分子筛SCR催化剂催化活性的试验研究,分析了两种分子筛SCR催化剂的低温催化活性和NO_x转化效率受温度、空速以及HC转化效率影响的规律。结果表明:t=250℃时,空速对NO_x转化效率影响较小;由于受温度的影响,在N_(SR)值为1.0的情况下Cu基与Fe基分子筛的NO_x转化效率最高分别为88%和78%,Cu基SCR催化剂较Fe基SCR催化剂有较好的低温催化性能;t=250℃时,Fe基分子筛催化剂的抗HC中毒能力不如Cu基分子筛催化剂。t=350℃时,NO_x转化效率受空速与温度的双重影响,两种SCR催化剂的最高NO_x转化效率分别出现在空速为115 060 h^(-1)和90 400 h^(-1)时;t=350℃时,Fe基分子筛催化剂比Cu基分子筛催化剂对HC更加敏感。

ISAD技术混合动力柴油机起动系统的低温试验

针对ISAD技术混合动力柴油机起动系统低温下的性能问题,该文结合柴油机的起动阻力矩、最低起动转速、ISG电机工作特性和电机热效应等因素,研究了起动阻力矩随环境温度、起动转速的变化规律,分析了起动阻力矩与ISG电机功率、蓄电池容量之间匹配关系,以及影响蓄电池性能的主要因素。通过ISAD柴油机起动台架试验可以看出:相同的环境温度下,起动阻力矩随起动转速的提高而增大,每提高50r/min,每缸平均起动阻力矩增加3～8N·m;起动阻力矩随环境温度的下降而增加,0℃以下时,每降低5℃,平均每缸起动阻力矩增加2.5N·m。研究表明:ISAD混合动力柴油机的着火转速较之原柴油机大幅度提高,可达350r/min以上,从静止到着火转速的起动时间为0.5s,到怠速稳定的时间为3.1s,起动时间比原柴油机缩短,且转速波动较小。

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。