增压6缸柴油机排气压力波变化规律的试验研究

针对某增压6缸柴油机进行了不同负荷特性下的排气压力波测量,分析了不同负荷特性下排气压力波的变化规律。试验结果表明:对于增压6缸柴油机,当配气相位相同时,在不同的负荷特性下,排气压力波平均值的变化规律是相同的,排气压力波平均值随着扭矩的增加而增大;不同转速下相同扭矩测试点的排气压力波平均值进行横向对比时以及在外特性上,排气压力波平均值随着转速的增加而增高。在不同的负荷特性下,排气压力波强度的变化规律是相同的,排气压力波强度随着扭矩的增加而增高;不同转速下相同扭矩测试点的排气压力波强度进行横向对比时,排气压力波强度随着转速的增加而增高,但是在外特性上,随着转速的增加,排气压力波强度先增加后减小。

可变几何排气管增压系统的模拟试验研究

针对可变几何排气管增压系统在6缸机上的应用效果进行了模拟试验研究,利用原机脉冲增压系统排气管模拟阀门关,用新加工的准定压增压系统排气管模拟阀门开。试验结果表明:在标定工况下准定压增压系统的油耗比脉冲增压系统的油耗降低4.7 g/(kW.h)。原因是当增压方式为准定压增压系统时,在强制排气过程中,排气管内排气平均压力减小,使泵气负功减小,油耗下降。

泵气平均有效压力变化规律的试验研究

为减小某增压6缸柴油机在改进设计时的泵气损失,对此柴油机在不同负荷特性下泵气平均有效压力的变化规律进行了试验研究。利用缸内压力和进排气压力波研究了泵气平均有效压力的变化规律。试验结果表明:在不同的负荷特性下,泵气平均有效压力分布情况有三种:全部为正值;随负荷增加由负值过渡至正值;全部为负值。在不同转速下,相同扭矩测试点的泵气平均有效压力进行横向对比时,变化规律是相同的,从低速到高速,泵气平均有效压力都是由正值逐渐变为负值。

柴油燃料HCCI燃烧影响因素的试验研究

本文采用在进气上止点附近进行柴油喷射,利用缸内高温残余废气促进燃油蒸发形成均质混合气,实现了柴油燃料的均质压燃(HCCI)。试验结果表明柴油燃料HCCI燃烧的放热规律呈现低温和高温放热两个阶段,并且NOx排放可以降低95%-98%。本文主要研究了影响HCCI燃烧的因素,指出负荷增大、进气温度增加和负气门重叠期的增加使HCCI着火提前,而外部EGR率的增大可以推迟着火。因此对于低温自燃性好的燃料,冷EGR是控制其HCCI着火燃烧过程的有效措施。

三分支管接头可压缩流压力损失的试验研究

以内燃机排气歧管三分支管接头内可压缩流动损失研究为背景,对45°三分支管接头的汇合流动进行定常试验研究,获取了在不同流动参数工况下气体流经三分支管接头时的流动数据。两个支管与主管截面积的面积比分别为1和1.56,分支夹角的交界点处以及支管的转角处都为锐角边缘。利用测试所得的数据对比分析不同工况压力损失的变化规律。试验结果表明:相比于接头处的压力损失,接头管内壁摩擦对压力损失影响较小;汇合流时,两个入流管端的静压几乎相等,出流管端的压力总是小于入流管端的压力,且随着马赫数的增大,压差也增大;流动参数的不同将影响和改变三分支气流的压力损失,其中随着支管和总管流量比的增大,总压损失系数K13、K23先增大后减小,但峰值点的位置随工况参数的不同而变化;流出端马赫数对压力损失也存在影响,马赫数为0.13和0.31时,总压损失系数变化不大,当马赫数增大到0.59时,总压损失系数大幅度增加。试验结果为分析动力管网系统中多管接头压力损失及建立排气歧管可压缩流一维计算模型奠定了基础。

可变几何排气管增压系统的设计与试验研究

针对某车用6缸机高低转速工况兼顾的问题提出了一种可变几何排气管增压系统,并进行了稳态模拟试验,分别用原机脉冲增压系统排气管和新加工的准定压增压系统排气管来模拟可变几何排气管增压系统的可控阀门关和开的状态。试验结果表明:在低速工况关闭可控阀门,可以充分利用脉冲能量;在高速工况打开可控阀门,可以减小泵气损失。

基于在线学习的柴油机起动过程NO_(x)排放预测模型

为了构建准确的柴油机起动过程NO_(x)排放预测模型,分析起动过程瞬态运行特点,基于非线性自回归神经网络,结合起动试验数据选取模型特征,对比自注意力机制模型与标准反向传播神经网络模型NO_(x)排放预测效果,发现自注意力机制模型预测效果良好,且均方根误差较小;对比自注意力机制模型在在线梯度下降算法和FTRL算法2种在线学习的预测效果,发现采用FTRL算法可以使模型在未知工况下获得更好的预测性能;对比自注意力机制模型学习前、后的预测效果,发现学习后的模型均方根误差增大,但预测结果能力良好;对比在线学习模型与全数据训练集离线学习模型预测效果,发现两者的决定系数与均方根误差相差不大,预测效果都较好,但在线学习所用数据量和训练时间分别减少了68.7%和73.6%,大幅降低了存储和训练成本。采用FTRL算法的自注意力机制模型可减少数据存储和训练资源成本,并实时反馈预测需求。

针阀偏心程度对双孔喷嘴喷孔内流动及柴油喷雾的影响

为了研究柴油机多孔喷嘴喷雾的不对称性对柴油机热负荷、工作性能及使用寿命的影响,通过三维CFD数值模拟,研究针阀偏心运动时双孔喷嘴孔内流动及喷雾的分布情况。结果显示:针阀偏心程度∆X分别为0、0.02、0.04及0.06 mm时,偏离侧孔内燃油流量大、流速高,但沿程阻力的增大会造成出口处平均速度更小;偏心程度越大,两侧差异越明显。在固定的偏心程度下,孔内流动的不对称性仅与喷油压力有关,随着喷油压力及环境压力的增加,两侧喷雾体积分数及速度分布的不对称程度会加深。环境温度对喷雾不对称性有影响,但无确定规律。在针阀最大偏心程度为0.06 mm的条件下,随着喷油压力的增加,两孔的质量流量及燃油喷射总质量均增大,同时会加剧这两个参数的不对称性表现。

填料式饱和器稳态和动态特性的试验研究

对填料式饱和器进行了稳态及动态特性试验研究,分析了进水流量、进气流量、进水温度对空气加热加湿过程的影响,主要考察了出水温度、出气温度、进出口空气含湿量差、填料段压降和持液量等性能参数的变化规律.结果表明:在相同进水流量下,提高水气比和进水温度,可显著提高加热加湿性能;当气相速度升高时,进出口空气含湿量差减小,填料段压降及持液量升高;在动态工况下,当进口参数发生扰动时,持液量及出水温度比压降需要更长的时间才能达到新的稳定点.

柴油HCCI稳态与切换过程瞬态HC排放规律试验研究

利用瞬态碳氢化合物(HC)排放采集系统和瞬态测控试验平台,对高压共轨电喷柴油机传统柴油(DI)燃烧与均质充量压缩(HCCI)燃烧模式下和模式间切换过程的燃烧,以及瞬态HC排放特性及其对切换过程的影响进行了试验研究。研究对比了DI与HCCI模式内及相互切换过程中不同转速、不同负荷对燃烧及瞬态HC排放的影响。试验结果表明:随着转速升高,传热损失减少,缸内湍流增加有利于燃油蒸发,减少HC排放。在指示平均有效压力(IMEP)0.31MPa下,HCCI燃烧的HC排放由1 000r/min时的1 810×10-6减少到1 500r/min时的604×10-6。而转速不变,随着负荷由小到大,开始时热损失的减少促进了燃油蒸发,降低了HC排放,而当继续增大时,喷油量继续增加导致了不完全蒸发燃油的增加,又使HC排放增加。在1 500r/min下HCCI燃烧的HC排放由IMEP=0.27MPa时的693×10-6减少到IMEP=0.31MPa时的604×10-6,再增加到IMEP=0.33MPa时的812×10-6。

汽油机爆震在线检测系统设计与试验

在嵌入式工控机的控制下,应用NI数据采集卡及LabVIEW软件,完成了对非共振型压电式爆震传感器和光电式转速传感器输出信号的采集及处理,实现了基于机体振动检测的汽油机爆震在线检测。完成了检测系统的软件设计,通过信号采集模块、处理模块、爆震判别模块和数据保存模块,实现了基于LabVIEW的爆震识别。对某3缸汽油机进行爆震试验,通过分析振动信号,确定了爆震特征频率范围和爆震阈值,并研究了阈值的影响因素。最后进行发动机爆震状况在线检测,试验结果表明本检测系统对发动机爆震的识别是有效的。

喷油策略对甲醇/PODEn双燃料压燃燃烧特性的影响

为提高直喷柴油发动机的缸内燃烧效率,降低污染物的排放,研究了不同喷油策略下的甲醇/PODEn混合燃料燃烧、排放特性。基于计算流体动力学(CFD)和仿真分析软件Converge,对某款预混压燃燃烧(PCCI)的直喷柴油发动机进行三维建模;在发动机转速为1200 r/min,在进气压力100kPa、进气温度340.6 K的低负荷初始工况下,进行了仿真计算。结果表明:采用单次喷油时,提前喷油能够大幅提升缸压峰值和比放热峰值,使燃油利用率增加,且主要污染物显著减少;但过早喷油,反应速率加快,污染排放增多。采用2次喷油时,随着预喷时刻的提前,预喷、主喷的正时间隔变长,缸压曲线变化不大;比放热曲线出现2个峰值,峰值略微降低,且喷射时刻(曲轴转角,CA)提前;与各自的质量排放峰值比较,碳烟(Soot)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)的质量排放,分别降低了6.89%、5.41%、23.31%;优化后的预喷、主喷的CA为-27°、-22°。

喷油策略对柴油机高原起动过程性能影响研究

基于高原环境模拟装置,以单缸柴油机为试验对象,进行了0~4000 m海拔起动性能试验,研究了喷油策略对柴油机变海拔起动性能的影响。结果表明,海拔从0增至4000 m的过程中,起动升速期和过渡期时间分别延长14.2%、15.8%。平原工况下,随着轨压的提高,过渡期先增加后降低,但升速期逐渐降低,起动总时间缩短。海拔4000 m时,过渡期与升速期均随轨压先增加后降低。在平原工况下,采用阶梯型喷油策略能够有效缩短过渡期,减少起动时间,起动时间较原机策略缩短6.1%,提高过渡转速能够抑制转速上冲,缩短起动时间。当海拔为4000 m时,增加初始阶段循环喷油量及过渡转速均能缩短过渡时间,改善起动性能。

阀体后90°圆形弯管内部流场PIV测量及POD分析

利用激光粒子图像测速技术对阀体后90°圆截面弯管的内部流场进行测量,获取了弯管流场在不同来流流速及观测截面上的高分辨率瞬态速度场数据。分析了图像相关计算所获得的瞬态及时均速度场,对流场进行本征正交分解,并进一步分析重构脉动场中的涡结构特性。结果表明:流体流经蝶阀在弯管中形成卡门涡街,涡结构信息包含在本征正交分解低阶模态中,脉动场的模态重构可以还原涡的流动特性。

以功率为目标的汽油机凸轮型线优化研究

建立了基于GT-POWER的车用高速汽油机性能仿真模型,并结合单纯形优化算法,建立了七次多项式动力凸轮的优化设计模型。对进排气凸轮型线控制参数、正时、包角、升程等18个设计变量进行了以功率最大化为目标的综合优化设计。建立了双顶置凸轮轴配气机构多体动力学模型,对优化的进排气凸轮进行配气机构动力学性能评估。计算与试验均表明:通过凸轮型线、配气相位及升程的优化设计,原机功率可以提高4.5%左右。计算表明:进气门凸轮接触应力波动小于原机,排气门的动力学性能与原机相当,台架试验也证明了优化后的配气机构动力学性能是可靠的,并已应用于改进机型批量生产。

超疏水性圆管湍流减阻的数值模拟

针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,使用数值模拟方法研究了超疏水性圆管内的湍流流动特性.研究表明:其流场中存在临界Re,当Re大于此临界值时,超疏水性圆管内的湍流流动表现为减阻;反之,则表现为增阻.超疏水表面无滑移壁面与自由剪切面的综合效果是导致这一现象的主要原因.

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。

可变几何排气管增压系统与其他增压系统的对比计算研究

为了解决某船用8缸机高低负荷兼顾的问题,提出了1种全新的可变几何排气管增压系统,它通过安装在排气管上的可控阀门来实现增压方式的转换。利用GT-POWER对可变几何排气管增压系统进行了计算研究,根据油耗最优原则找出其阀门开和阀门关之间的切换点在50%负荷;又分别对四脉冲增压系统、PC系统、MPC系统和MIXPC系统进行了计算研究。计算结果表明:在25%、50%、75%、100%负荷,可变几何排气管增压系统的油耗均小于四脉冲增压系统、MPC增压系统和MIXPC增压系统的油耗,扫气系数均大于四脉冲增压系统、MPC增压系统和MIXPC增压系统的扫气系数。

水下柴油机工作特性研究

建立了包括调速器、柴油机本体、后排气管路的水下柴油机动力系统的动态及稳态过程分析模型,并进行了试验验证。通过后排气管路的三维流动计算、整机性能计算和相关试验研究,确定了柴油机水下运行不倒灌水的判据,并给出了单机和双机运行的安全范围。研究了启动及停机过程中,后排气管压力、排气排水流速及发动机转速的变化规律。在启动过程中,排气速度不是单调上升,而是有振荡现象,在振荡过程中,有可能发生海水倒灌;在停机过程中,应根据后排气管压力变化控制排气外舌阀的关闭过程,以防止海水倒灌及排气背压过高。

基于VxD-PC技术的高压共轨控制系统开发

采用工控PC机和开发的驱动电路实现了基于PC机的高压共轨控制系统硬件；控制软件采用VxD技术在Window系统下使用高级语言编程实现。该系统可以进行共轨系统的实时控制,软件操作人性化,响应迅速；油泵试验台试验证明：该控制系统通过PID控制算法可以有效地控制油轨压力,并且有足够的供油能力,可以满足试验柴油机的油量需要。