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.

缩口燃烧室中气流特性与燃油喷雾匹配对柴油机燃烧及排放的影响

利用三维数值仿真软件FIRE,对缩口直喷燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷射时刻匹配时对缸内速度场、浓度场和温度场分布特性的影响进行了仿真分析。研究了燃油喷雾与不同燃烧室空间气流特性匹配时的混合气形成特点和燃烧过程,并对混合气形成特点对发动机性能的影响进行了试验研究。结果表明,缩口燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷油正时匹配时,直接影响柴油机的预混合燃烧过程、扩散燃烧过程以及燃烧速率。结构一定的燃烧室内气流特性与燃油喷雾匹配时,存在最佳喷射时刻,不仅能够有效地调整预混合燃烧和扩散燃烧的比例,而且能够有效地控制燃烧放热率图形心的位置,有利于节能和排放控制。

高速直喷柴油机燃烧系统参数对燃烧性能影响的权重分析

为深入探究高速柴油机燃烧系统参数对燃烧性能的作用机制,采用多维数值模拟方法,研究了高速直喷(HSDI)柴油机喷油系统参数与燃烧室结构参数对燃烧过程的影响规律,并结合缸内燃油蒸气空间分布和油气混合等特性对燃烧系统参数的影响规律进行了分析。为了定量描述油气混合特性,引入了湍流混合速率和混合气浓度方差的概念。另外,采用正交方法开展了喷油系统和燃烧室结构参数对指示功率影响的权重分析。结果表明:对于研究的燃烧系统,柴油机指示功率随燃烧室径深比的增加先增后减,径深比6.4时功率最大,且此时油气混合最均匀。针对不同径深比燃烧室,喷油系统参数对功率的影响权重不同。随着燃烧室径深比增大,喷油压力的影响权重减小。油束夹角的影响权重增大,喷孔数、孔径的影响权重减小。喷油定时的影响权重先减小后增大。

新型汽油机缸内直喷燃烧系统的研究

所开发的汽油机缸内直喷燃烧系统基于射流燃烧系统,由燃烧系统、燃油供给系统和相应的电控系统3部分组成。根据喷油器不同布置方案,设计了2种燃烧室。所开发的汽油机缸内直喷燃烧系统的高压供油系统能基本满足系统喷油要求,研制的电控系统基于PC机,可在线调整控制参数和采集数据。通过一台改装的单缸试验机,研究了喷油正时对发动机运转性能的影响。

柴油机纯氧燃烧过程及缸内喷水影响的模拟研究

针对高压共轨柴油机搭建流体动力学仿真模型,研究不同进气氧体积分数对柴油机纯氧燃烧过程的影响,并验证缸内喷水对热效率的优化能力。结果表明,氧含量的提高增加了缸内比热比,使压缩行程缸内压力及温度提高,并促进缸内燃烧反应,进一步提升缸内湍流强度,燃烧相位提前;在5℃A ATDC(上止点后)向缸内喷入160℃的高温高压水,可实现对缸内燃烧过程的控制,并通过吸收燃烧放热、汽化膨胀,推动活塞做功,可提高热效率约3.75%。

小功率非道路用柴油机动力、经济及排放特性

为提高小功率非道路用柴油机的动力性、经济性、降低有害物排放,开展了柴油机缸内燃烧过程的试验研究。该文以非道路用N490直喷柴油机为样机,通过对燃料喷射系统参数优化,提高喷油压力和优化喷油特性;通过对配气定时调整,提高柴油机常用转速下的充量系数;通过对燃烧室结构的优化设计,改善缸内油气混合。柴油机经优化后,性能得到大幅提升,柴油机在标定工况、最大扭矩工况燃油消耗率分别下降了3.0%、2.43%,不透光烟度分别减少了14.6%、10%;整机的CO、NO_x+HC、颗粒(PM)与原机相比分别下降了34.7%、21.5%、34.9%,排放达到了非道路国三排放标准限值要求。通过对燃料喷射系统、进气系统与燃烧室的优化匹配,完全可以在降低有害物排放的同时,提高柴油机的经济性。试验研究可为提升非道路用柴油机性能并满足国三排放法规提供技术参考。

高海拔区域不同燃烧室在不同喷油正时下的性能

为了在燃烧室层面对某高原船用柴油机进行“油-气-室”匹配优化,实现性能恢复,通过仿真计算与实验验证的方法对4种不同形状的燃烧室进行喷油正时提前。海拔4550 m条件下的计算结果表明:在喷油提前角为12°BTDC(before top dead center)时,双层分流式燃烧室能够有效利用余隙容积空间的空气,表现出了最高的缸内燃烧压力与较低的NO_(x)生成量;高低型双涡流室双缩口燃烧室拥有最低的NO_(x)排放量,但碳烟(soot)排放量较高;原型ω型燃烧室的soot排放量较低,但NO_(x)排放量最高;底部大涡流燃烧室的高原性能表现欠佳。随着喷油正时的提前,双层分流式燃烧室始终保持着最高的缸内平均压力;高低型双涡流室双缩口燃烧室的动力性与soot排放量均明显得到改善;底部大涡流燃烧室的性能恢复不及其余燃烧室。在青海省对使用ω型燃烧室的原型机进行喷油正时为12°BTDC与18°BTDC的实验测试,结论证明喷油正时提前的计算结果准确可靠。此研究能够为高原柴油机的燃烧室选型以及喷油正时优化提供依据。