Application of Space-time Conservation Element and Solution Element Method in Intake and Exhaust Flows of High Power Density Diesel Engine

A one-dimensional pipe flow model of single-cylinder diesel engine is established to investigate the intake and exhaust flow characteristics of diesel engine in the condition of high power density(HPD).A space-lime conservation element and solution element(CE/SE)method is used to derive the discrete equations of the partial differential equation for the intake and exhaust systems.The performance parameters of diesel engine with speed of 2100 r/min are simulated.The simulated results are in accordance with the experimental data.The effect of increased power density on charging coefficient is analyzed using a validated model.The results show that the charging coefficient is slowly improved with the increase in intake pressure,and is obviously reduced with the increase in engine speed.

船用柴油机相继增压系统进气均匀性提升仿真设计

为了确保V型相继增压柴油机在改变工作增压器数量时,两侧中冷器的进气能够保持均匀性,对某船用相继增压柴油机进气系统进行了多轮设计与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真优化。在此过程中,重点评估了柴油机在单增压模式和三增压模式下,两侧气流分布的均匀性、中冷器进气截面气流流速的均匀性以及压降情况。经过结构优化后,两侧进气流量的最大偏差仅为0.23%,两侧中冷器进气截面流速均匀性指标的最小值达到了0.883,集气腔和中冷器端盖的最大压降为18.2kPa,这些指标处于较优水平。随后,进行了试验验证,其结果表明,在不同增压模式下,两侧中冷器进气的均匀性趋势与仿真结果较为吻合,满足实际使用需求。

不同大气压力和乙醇/柴油混合掺比对柴油机性能和排放的影响

在增压柴油机上进行了不同大气压力下燃用纯柴油和E10、E15、E20和E30的对比试验研究。试验结果表明,不同大气压力下的不同乙醇掺烧比例的当量燃油消耗率均优于原机,气压低于90 kPa时,气压的上升对当量燃油消耗率的改善明显;90~100 kPa的各排放参数均优于81~90 kPa。在81 kPa时,随着转速、负荷的下降和掺比的增加,HC和CO明显上升,气压大于90 kPa后,随着转速、负荷的上升和掺比的增加,对HC和CO的影响不大,在大负荷工况的CO排放均优于原机;大气压力和掺比的变化对NOx排放的影响不大,大部分工况的NOx比原机有小幅下降;大气压力低于90 kPa时掺烧乙醇对降低碳烟排放有显著的影响,大于90kPa后对降低碳烟排放的影响减弱,碳烟排放随掺比的提高呈明显下降趋势。

柴油/甲醇的组合燃烧对废气涡轮增压柴油机排放的影响研究

研究了在4102型废气涡轮增压柴油发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式后对发动机各种排放的影响。试验结果表明,在比油耗降低的同时,碳烟、NOx 和CO2 的排放量也得到减少;虽然HC和CO排放有所升高,但是由于排气温度始终高于400 ℃,可以通过催化转换器将其转化。

使用柴油醇对增压中冷柴油机性能和排放的影响

在不改变现有增压中冷柴油机结构的条件下,研究了两种柴油醇(E10和E15)对发动机动力性、经济性、排放性的影响。研究结果表明:增压中冷柴油机使用柴油醇,发动机的动力性有所降低,燃油消耗率有所增加,而能量消耗率在小负荷时有所增加,在中高负荷时与使用柴油相当。排放性能表明:CO和碳烟排放量有一定程度的降低,HC排放量在小负荷时明显增加,NOx排放量在低转速的中高负荷时有所增加,在高转速时变化不大。十三工况试验表明,多种比排放量有所增加,主要原因是小负荷分担率增加。本研究为下一步试验,尤其是小负荷的改善提供了基础。

增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的十三工况排放特性

在应用自行研制的助溶剂解决了乙醇与柴油相溶性问题的基础上,进行了增压中冷压燃式发动机燃用E10柴油醇十三工况排放特性的试验研究。结果表明:与燃用0#柴油相比,燃用E10柴油醇的排放污染物HC、NOx、PM和SOF的比排放量有所增加,CO和DS的比排放量有所减少;中小负荷工况分担率的增加导致了多种排放污染物比排放量的增加;乙醇的高汽化潜热使缸内温度变低是比排放量增加的主要原因。提高中小负荷的进气温度可以适当提高缸内温度,从而降低CO、HC、PM和SOF的比排放量,但NOx比排放量会有所增加。

基于CFD的增压柴油机不同喷油提前角的排放影响分析

在考虑进气涡流比的情况下,对某490增压直喷柴油机不同喷油提前角下的缸内喷雾及燃烧过程进行了三维CFD模拟,给出了4种不同喷油提前角时的缸内火焰、NOx和Soot的时空分布。计算和分析了不同的喷油提前角下,上止点前后喷入缸内的油量比例、着火时刻、上止点温度、最高燃烧温度等对燃烧与排放物的影响。结果表明上止点前后的油量比例对排放有较大影响,对于该机型在喷油提前角较小的情况下,应考虑适当减小喷油锥角以充分利用燃烧室底部的空气。仅靠喷油提前角的变化并不能同时降低NOx和Soot的排量,并通过性能与排放试验进行了验证。

文丘里管废气再循环系统对涡轮增压柴油机性能影响的研究

加装文丘里管的高压废气再循环(Exhaust gas re-circulation,EGR)进气系统,在兼顾柴油机经济性、动力性的前提下,研究该进气系统对NO_x排放的影响。根据一款柴油机的基本结构建立柴油机一维仿真计算模型和燃烧室的三维仿真计算模型。在对模型进行标定和对柴油机原机性能仿真计算的基础上,为进气系统引入文丘里管装置并对其结构参数进行优化设计。应用所建立的一维和三维柴油机模型,对文丘里管EGR系统柴油机的经济性、NO_x和Soot排放特性进行仿真计算研究,并对计算结果进行试验验证。研究结果表明,优化设计的文丘里管EGR系统可使柴油机在欧洲稳态循环(European steady state cycle,ESC)各工况下实现较为理想的EGR率,并在不明显影响柴油机燃油经济性的前提下,使NO_x排放量下降了约28.4%。文丘里管进气系统可以实现较为理想的高压EGR循环,在柴油机ESC工况下(怠速除外)能够达到较为理想的EGR率。

车用二级增压系统匹配方法与模拟计算

为某发动机匹配一套二级增压系统,介绍了二级增压系统中高低两级压气机的匹配方法。建立了二级增压发动机计算模型,并进行外特性稳定工况模拟计算,确定发动机各转速下旁通阀的最佳开度。根据模拟结果,分析了旁通阀开度对高低两级增压器转速及压比的影响,确定了高低两级压气机压比和总压比随发动机转速的变化趋势。计算结果表明,匹配的二级增压系统基本满足发动机强化要求。

车用柴油机复合增压系统的模拟计算及验证

应用一维波动模型对一台车用 6缸直喷式柴油机采用脉冲谐振废气涡轮复合增压系统进行了模拟计算 ,模型预测的进气压力波与实测压力波十分吻合。分析了谐振系统结构参数对进气压力波及充量系数的影响 ,发现对于一定的发动机转速 ,充量系数达到最大时所对应的谐振管长度比压力波幅值达到最大时对应的长度小0 .15～ 0 .2 5 m。参数优化的谐振进气系统的最大充量系数比不用谐振时提高 6

二级增压耦合预喷射对柴油机燃烧特性参数影响的数值模拟

在一台单级废气涡轮增压中冷柴油机的基础上,建立二级增压中冷柴油机仿真模型及调节EGR阀开度,使EGR率保持在45%,在验证了二级增压器匹配的合理性后,研究了标定转速2 200,r/min、50%负荷下柴油机二级增压耦合预喷射对燃烧特性参数的影响,最后在标定转速50%负荷工况、标定工况以及最大转矩工况进行了预喷对发动机机械负荷和热负荷影响的研究.结果表明,二级增压相比一级增压提高增压压力18%左右,但也同时增加最大压升率.预喷能够大幅度降低最大压升率,增加二级增压性能,缩短主喷滞燃期,推迟放热重心,增加燃烧持续期,降低机械负荷;但同时增加柴油机热负荷,小预喷量耦合较小的预喷间隔角,柴油机燃烧特性较好.

柴油/甲醇组合燃烧在增压柴油机上的应用

在4102增压柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式(在柴油机的一部分工况采用现有的扩散燃烧方式,另一部分工况采用柴油引燃醇燃料均质混合气的组合燃烧方式)进行试验;试验结果表明,采用组合燃烧后柴油机的NOx排放和燃料的消耗率较原机有显著减少。

柴油机燃用甲醇-柴油双燃料的控制与研究

针对甲醇-柴油双燃料增压柴油机,研究了甲醇喷射的控制方法和这种柴油机的排放性及经济性,并开发了控制甲醇喷射的电控装置,试验结果表明,这种控制方法能够提高甲醇对柴油的替代率,有效降低碳烟和NOx排放,改善柴油机的经济性。

伞喷喷嘴内空化现象的数值模拟

使用混合多相模型和全空化模型通过数值模拟研究了伞喷喷嘴内的空化流动过程.结果发现,伞喷喷嘴内的空化发展显著影响了喷嘴出口处的燃油液膜厚度和喷射速度,进而直接改变喷射锥角和液滴的平均索特直径.基于喷嘴内燃油蒸气的分布,空化可以划分为无空化、入口空化、出口发展空化和完全空化.完全空化中燃油蒸气延伸至喷嘴出口,可以显著增加喷射速度和减小液膜厚度,进而有效提高喷嘴的雾化性能.通过同时变化背压和喷射压力,构造了伞喷喷嘴内的空化分布图.结果显示,完全空化仅发生在背压较低的一个狭小范围内.因此,为实现伞喷喷嘴的完全空化,柴油PCCI发动机的喷射时刻需要远在上止点之前,以便产生更均匀燃油混合气.

柴油机米勒循环结合EGR的性能分析及优化

文章建立了增压柴油机米勒循环结合EGR(废气再循环)的热力学模型,利用模型分析了柴油机设计参数对其性能的影响,为米勒循环结合EGR的增压柴油机参数设计提供了理论依据。研究表明,要使WP7柴油机的热效率和平均有效压力同时提高,增压系统效率需大于0.7。同时,以柴油机转速为1 500 r/min外特性工况点的NO_X排放下降50%、最高爆发压力不超过原机为约束条件,对WP7柴油机参数进行了优化设计。优化结果表明,该方法将有效压缩比从18降低到15.5,再结合12%的EGR率,可以在保持柴油机经济性、动力性与原机基本一致的前提下,将NO_X排放下降50%以上。

柴油均质压燃发动机的循环模拟研究

建立了一个柴油均质压燃发动机的零维循环计算模型,用基元反应机理和感应时间(EMIT)模型预测着火正时,用拟合的对数正态分布函数计算不同工况的放热率。与试验的对比表明,模型能够比较准确地预测不同工况柴油均质压燃发动机的工作性能。用建立的模型分析了配气定时对柴油均质压燃燃烧过程的影响,计算表明配气定时可以控制均质压燃燃烧的运行工况范围。

MATLAB环境下的船用柴油机故障诊断的模拟研究

提出一种基于径向基函数（ＲＢＦ） 神经网络模型应用于船用柴油机故障诊断的方法，设计相应系统的征兆／ 故障样本集， 运用ＭＡＴＬＡＢ环境下的实用工具箱———Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｔｏｏｌｂｏｘ（ 神经网络工具箱） 对ＨＵＤＯＮＧ－ Ｂ＆Ｗ６Ｌ６０ＭＣＥ大功率船用低速柴油机涡轮增压系统的故障诊断进行模拟计算； 仿真结果表明， 这种方法是成功的．

相继增压柴油机切换过程瞬态特性实验系统

以D6114型增压柴油机为基础,建立了研究相继增压柴油机切换过程特性的实验台。以LabView为工具,开发了相继增压柴油机切换过程测试与控制系统。测试实验表明该系统可以满足研究的要求。

边界参数对HCCI发动机燃烧影响的模拟研究

为了研究边界参数对柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程的影响,应用CHEMKIN化学动力学软件包中的SENKIN程序以及正庚烷(n-heptane)氧化反应简化模型,模拟了不同进气温度、进气压力和当量比等边界参数对HCCI发动机燃烧及排放特性的影响。结果表明,在相同当量比条件下,增压可以拓宽HCCI发动机负荷工况范围,同时保持氮氧化物排放基本不变;过浓或过稀的混合气导致CO排放增加;混合气浓度分层增加NO排放。

涡轮增压柴油机余热利用的有机郎肯循环烃类高温工质热力学分析

通过能量分析和?分析,对涡轮增压柴油机的不同余热源进行优选;在此基础上,对余热利用的有机朗肯循环进行了热力学分析,选取了10种烷烃类高温工质,通过建立能量平衡方程和?分析方程,研究了蒸发压力对不同烷烃类工质的热效率、单位质量烟气净功、?效率、系统?损和膨胀机体积流量比(VFR)的影响规律。结果表明:废气再循环余热为最佳热源;所有工质的热效率、单位质量烟气净功、?效率和VFR随着蒸发压力的增加而增加,?损随着蒸发压力的增加减少;相同蒸发压力下,直链烷烃类工质的热效率、单位质量烟气净功、?效率和VFR随着工质临界温度的增加而增加,?损随着工质临界温度的增加而减少;在保证VFR≤50的工况下,环戊烷具有最高的热效率和?效率。