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.

Effects of injection timing,before and after top dead center on the propulsion and power in a diesel engine

It is well known that injection strategies including the injection timing and pressure play the most important role in determining engine performance,especially in pollutant emissions.However,the injection timing and pressure quantitatively affect the performance of diesel engine with a turbo charger are not well understood.In this paper,the fire computational fluid dynamics(CFD)code with an improved spray model has been used to simulate the spray and combustion processes of diesel with early and late injection timings and six different injection pressure(from 275 bar to 1000 bar).It has been concluded that the use of early injection provides lower soot and higher NOx emissions than the late injection.In this study,it has been tried using the change of fuel injection time at these two next steps:before top dead center(BTDC)and after top dead center(ATDC)in order to achieving optimum emission and power in a specific point.

国六柴油机轨压和喷油正时对柴油机性能的影响

为优化柴油机性能,基于一台配备了完整国Ⅵ后处理系统的高压共轨直列4缸柴油机,开展了柴油机负荷特性研究,在此基础上研究轨压和喷油正时对柴油机性能的影响。研究结果表明:以适当较小的轨压配合较为提前的喷油正时可以达到较为理想的柴油机油耗及排放;轨压和喷油正时对HC排放的影响较小;轨压对柴油机油耗、排温、NOx排放、CO排放的影响较大,且在中等偏高负荷时更为敏感,随着轨压增加了57 MPa,柴油机油耗、排温分别下降了16.1 g/(kW·h)、63℃,NOx排放上升了663×10^(-6),CO排放下降了785×10^(-6);喷油正时对烟度及柴油机氧化催化器前端温度T4、柴油机颗粒捕集器前端温度T5、选择性催化还原系统前端温度T6的影响较大,且在低负荷时更为敏感。随着喷油正时提前6.0°,烟度下降了0.43%,T4、T5、T6峰值出现在轨压为76 MPa且喷油正时为上止点前7.5°时,温度分别为315.3、338.4、329.3℃。

不同海拔下甲醇替代率和主喷正时对RCCI发动机性能的影响

为探究不同海拔条件下甲醇/柴油反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition, RCCI)发动机的运行特性,该研究基于甲醇/柴油双燃料发动机试验台架,试验研究1 800 r/min、100%负荷和3 200 r/min、100%负荷下不同甲醇替代率、柴油喷射正时对发动机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:不同海拔条件下随着甲醇替代率的增加,缸压和瞬时放热率峰值逐渐升高,燃烧始点和燃烧中心前移,当量有效燃油消耗率(equivalent brake specific fuel consumption, ESFC)降低,有效热效率升高,NO_x和碳烟排放大幅降低,THC(total hydrocarbons)和CO排放增加。1 800 r/min、100%负荷工况下,甲醇替代率由0增至20%,0、1 000、2 000 m海拔下最大缸压平均增加1.72 MPa,瞬时放热率峰值平均升高25.08 J/(°),ESFC平均降低4.67%,有效热效率平均升高4.90%,NO_x和碳烟排放分别平均降低16.63%和50%,THC和CO排放量分别平均增加142.03、388.18 mg/kg。3 200 r/min下甲醇替代率由0增至7%,不同海拔高度下ESFC平均降低1.76%,有效热效率平均升高1.79%,NO_x和碳烟排放量分别平均降低8.17%和20.70%。海拔高度由0升至2 000 m,1 800 r/min、20%甲醇替代率与3 200 r/min、7%甲醇替代率下,瞬时放热率峰值分别降低4.80和8.08 J/(°),燃烧中心分别推迟1.44°和1.43°,有效热效率分别降低0.82%和0.68%,ESFC分别升高2.10%和1.99%,NO_(x)排放量分别减少10.61%和7.35%,碳烟排放分别增加26.54%和32.12%,THC排放分别升高29.88%和15.45%,CO排放量分别增加22.42%和18.15%。固定甲醇替代率后,随着柴油主喷正时提前,不同海拔条件下缸压和放热率峰值逐渐升高,燃烧中心向上止点靠近,ESFC逐渐降低,有效热效率升高,碳烟排放减少,NO_(x)、THC和CO排放增加。1 800 r/min、15%甲醇替代率下,主喷正时从-1.5°提前至-7.5°,不同海拔高度下ESFC平均降低8.27%,有效热效率平均升高9.08%,碳烟排放平均减少90.94%。为提升高海拔条件下甲醇/柴油RCCI发动机的热效率和燃油经济性,可以适当增大柴油主喷正时。研究结果可为不同海拔环境下甲醇/柴油RCCI发动机燃烧与污染物排放控制优化提供参考。

基于YC4D柴油机的醇氢燃料喷射控制策略研究

将YC4D柴油机组改造成醇氢-柴油双燃料发动机,根据其曲轴与凸轮轴的相位关系设计醇氢燃料喷射控制系统及其控制策略,并在柴油机组上燃料喷射的控制策略.结果表明:在该柴油机组上基于数齿同步的燃料喷射控制策略运行可靠,转速误差小于0.13%,脉宽误差小于2%,均满足应用需求.

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。

预喷与外部EGR对车用柴油机燃烧和排放的影响

以某四缸水冷车用柴油机为样机,应用GT-Power软件搭建车用柴油机仿真模型,通过改变预主喷间隔、预喷油量和废气再循环(EGR)开度,研究中等负荷及转速工况下,不同的预喷策略以及引入外部EGR后两者共同作用对车用柴油机燃烧和排放性能的影响。试验结果表明:随着预喷正时从-17°CA提前到-37°CA,预喷油量从3.3 mg增加到9.9 mg,燃烧特性、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放均得到有效改善,但燃油消耗率和NOx排放总体呈上升趋势。在预喷策略的基础上引入外部EGR后,随着EGR率从5%增加到25%,NOx排放保持在较低水平,但缸内燃烧变差,HC和CO排放增多。在1 800 r/min、50%负荷的试验工况下,较小的预喷油量、中等的预喷间隔以及中等的EGR开度更有利于车用柴油机的燃烧和排放。

米勒循环柴油机性能优化计算分析

基于GT-Power软件对12V26型柴油机进行仿真模拟。通过与实验数据的比对,验证了模型的可靠性。分析不同进气门关闭角度对柴油机性能参数与排放的影响。结果表明:采用米勒循环使压缩终点压力温度有效降低。再重新匹配压缩比以补充米勒循环造成的进气损失,重新匹配喷油正时角度以优化燃烧,降低Soot排放。在采用米勒循环M40的基础上重新匹配最佳增压比16.5和最佳喷油正时角-16℃A时,可保证与原机功率相同,油耗降低12.84 g/(kW·h),NOX减排22.08%,Soot减排57.2%。

开阀喷射对PFI发动机PN排放性能的影响

进气道喷射汽油发动机喷射模式分为开阀喷射(Open Valve Injection,OVI)和闭阀喷射,而OVI技术在一定条件下可降低发动机排放的颗粒数量(Particle Number,PN)。阐述了OVI技术改善PN排放的原理与OVI系统的开发流程,提出了一种OVI系统的控制逻辑和标定方法,研究了喷射时刻对PN排放特性的影响,试验验证了该控制逻辑下的OVI技术在改善PN排放方面的有效性与OVI系统的可靠性。

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。

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.

GD-1电控柴油机主预喷时间间隔的影响

进行高压共轨式柴油机电控喷油系统功能性测试实验,通过对实验数据的分析,总结了主预喷之间的喷油间隔大小对总喷射油量的影响规律,基于采集到的实时电磁阀电流波形分析了这一规律,并且结合高速电磁阀衔铁以及喷油器针阀的受力模型分析,揭示了实验结果的产生原因。最后,总结了喷油量随着主预喷间隔变化的总体趋势。

直喷式柴油机排放微粒尺寸分布特性

在一台单缸柴油机上用SMPS微粒测量装置测量了不同运转条件(如转速、负荷变动、怠速运行、燃油喷射定时等)下柴油机排放微粒尺寸与浓度分布,分析了柴油机微粒排放尺寸分布和数量浓度的特征及其主要影响因素．结果表明,发动机负荷变化对微粒排放的影响较大,在各种负荷下大部分排放微粒都是碳核模式的超细或纳米尺寸微粒,而质量上以累积模式颗粒占主要部分,发动机冷机起动和怠速运行时产生的大部分排放微粒是碳核模式粒子,喷油提前角对排放微粒浓度和尺寸分布有显著影响．

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。

喷油定时对燃用生物柴油发动机经济性与排放的影响

为研究黄连木籽生物柴油对发动机性能的影响,在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了不同喷油定时下燃用黄连木籽生物柴油-柴油混合燃料时的经济性及排放特性试验。结果表明:在相同工况下,4种燃料的最经济喷油定时几乎相同,即最大扭矩工况为上止点前110CA左右,标定工况为上止点前120CA左右。CO和碳烟排放随喷油定时的增大有先降低又升高的趋势。随喷油定时的增大,THC排放降低,而NOX排放大幅增加。CO、THC及碳烟排放均随生物柴油掺混比的增加而降低;B10、B20的NOX排放比柴油低,而B30的NOX排放与柴油相当。最经济喷油定时与燃料类型无关,生物柴油混合比例对发动机的排放影响较大。

柴油机高原功率恢复供油参数调节方法

针对高原环境下增压柴油机功率下降的问题,通过仿真研究,对比了3种不同的供油参数调节方案,得出了在高原环境下通过调节供油参数恢复柴油机功率的方法。建立了某V型6缸增压柴油机仿真模型,并采用试验数据对模型各系统进行了校核。在该模型基础上,研究了增压柴油机的平原性能,匹配了适应高原环境的增压器,研究了喷油提前角与功率、涡轮入口温度和缸内最高燃烧压力之间的关系。据此,提出了供油参数的调节方法和具体参数,仿真计算了3种不同的供油参数调整方案,并对结果进行了对比分析。研究结果表明,在海拔4 500 m条件下,采用提前角和供油量联合调整的方法可将发动机标定功率恢复至平原的75%.

喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧及排放的影响

在保持压缩比不变的条件下,设计了3种不同径深比的燃烧室,并采用CFD数值模拟方法研究了喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧过程、碳烟和NOx排放的影响.结果表明,随着喷油的推迟,各燃烧室NOx排放均呈下降趋势,碳烟排放则有所增加,尤其是缩口较小的燃烧室,其碳烟生成较多而氧化速率却很低,因此碳烟排放较高.此外,缸内温度为1 500～2 400 K的区域是碳烟生成的主要区域,温度过低不利于碳烟的生成,而较高的温度会促进已生成碳烟的氧化.

EGR和主喷定时对重型柴油机燃烧特性与排放的影响

通过两级增压共轨重型柴油机重点研究废气再循环(EGR)和主喷定时对发动机燃烧特征参数与排放特性的影响.结果表明:随EGR率增加(NOx降低),整个燃烧持续期增加,主要由燃烧放热后半期延长所致,中、小负荷燃烧持续期增量小于大负荷,同时中、高转速大负荷燃烧持续期增量小于低速大负荷;在同一运行工况上存在一最优循环累积放热量达到总放热量50%,时所对应的曲轴转角(CA,50)和燃烧持续期,此时热效率最高.采用EGR降低NOx时不可避免增加燃烧损失,使CA,50尤其是燃烧持续期偏离最佳经济区,导致热效率下降;实现等NOx排放时,推迟主喷定时可有效降低低速大负荷碳烟(soot),改善NOx-soot的trade-off关系.在高转速大负荷时,推迟主喷定时会使soot先降后升,且导致燃油消耗率(BSFC)明显增加;进气温度升高会导致NOx与soot和BSFC之间trade-off关系变差,但合理推迟主喷定时可同时削弱进气温度对NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系影响.

EGR与喷油定时对柴油机预混燃烧颗粒排放的影响

采用试验方法研究了小负荷单次早喷射模式下EGR率和喷油定时对柴油机预混燃烧过程和颗粒排放的影响.结果表明:当喷油定时处于45°~35°,CA BTDC、EGR率不超过60%,时,积聚态颗粒物数浓度受EGR影响而增加的趋势较为缓慢,此时平均粒径大小在50~60,nm;当EGR率超过60%,达到70%,时,积聚态颗粒物数浓度急剧增加,此时数浓度的最大值所对应的平均粒径却减小到30~40,nm.当喷油定时处于30°~26°,CA BTDC时,积聚态颗粒物数浓度受EGR影响并不明显.随着喷油定时的推迟,核态颗粒物数浓度逐渐升高.当ηEGR≤60%,,总颗粒物数浓度受EGR率变化影响不大,但随喷油定时的推迟呈现逐渐升高的趋势,与核态颗粒物变化趋势一致;当ηEGR>60%,,总颗粒物数浓度随EGR率升高急剧增加,这是积聚态和核态颗粒物共同作用的结果.

喷射参数对柴油机预混燃烧和排放的影响

采用试验和数值模拟方法研究了中、小负荷下,喷油模式和喷油定时对柴油机预混燃烧和排放的影响.结果表明:小负荷(平均指示压力约为0.45,MPa)、单次喷油模式及喷油定时为35°,CA BTDC时,油束的撞壁位置将形成的混合气分为燃烧室上方和活塞凹坑两部分,可充分利用整个气缸内的空气形成均质混合气,此时的NOx排放最低.平均指示压力(IMEP)约为0.7,MPa时,采用单次喷油模式,喷油量增多,喷油持续期延长,混合时间缩短,碳烟、CO和UHC排放急剧升高;在混合时间和混合空间的共同作用下,喷油定时为35°,CA BTDC时获得最佳折中排放.IMEP约为0.7,MPa时,与单次喷油模式相比,采用多次喷油模式,将喷油量分为4个脉冲喷入缸内,增加了每个脉冲的混合时间,并且改善了燃氧混合空间,形成更均质的混合气,大幅降低了碳烟、CO和UHC排放;喷射定时为80、65、50和35°,,CA BTDC时获得最佳排放.