直喷式柴油机喷油率成形技术分析

为满足柴油机日益严格的排放法规和降低噪声的要求，需要组织完善的燃烧过程。而燃烧过程的理想程度主要取决于喷油系统的特性，其中的喷油率形状控制技术又是控制燃烧过程的关键因素之一。喷油率控制技术在世界范围内被认为是降低排放和燃烧噪声的一种有效措施。本文比较详细地叙述了各种喷油率模式的技术要点以及国内外实现喷油率形状控制的各种方法的发展状况，指明了喷油率控制技术的发展方向。     

高速直喷式柴油机喷油速率控制技术的现状和发展趋势

喷油速率控制技术的应用，已经在世界范围内被看作为一种对油耗和颗粒放滑有不良影响，而能将ＮＯｘ排放和燃烧噪声降到最低限度的措施，本文论述了应用喷油速度控制技术对混合气形成的决定性因素，论述实现喷油速率控制的各种方法以及它们对ＮＯｘ／炭烟（颗粒）排放的影响。试验结果的分析表明，为了明显地达到发动机的预期的效果，就需要在增加废气再循环的同时，采用日益完善的喷油速率控制技术。     

高速直喷式柴油机喷油速率控制技术的现状和发展趋势

喷油速率控制(简称EF)技术的应用,已经在世界范围内被看作为一种对油耗和颗粒排放没有不良影响,而能将NO_x排放和燃烧噪声降到最低限度的措施。本文论述了应用喷油速率控制技术时混合气形成的决定性因素,论述实现喷油速率控制的各种方法以及它们对NO_x/炭烟(颗粒)排放的影响。试验结果的分析表明,为了明显地达到发动机的预期的效果,就需要在增加废气再循环(以下简称AGR)的同时,采用日益完善的喷油速率控制技术。     

用双弹簧喷油器降低直喷式柴油机燃烧噪声的研究

本文阐述利用双弹簧喷油器来降低１３５系列直喷式柴油机燃烧噪声，研究观察了双弹簧喷油器的喷油规律和工作过程，这有助于更好地了解双弹簧喷油器降低燃烧噪声的规律特性。通过长管法测出双弹簧喷油器的喷油规律，从喷油规律图上能清晰可见：第一级开启压力的变化对燃油喷射初期的喷油率影响不大，第二级开启压力变化时，初期喷油率形状有所变化，而预升程即第一级升程的改变则很大程度上影响初期喷油率的形状。通过大量试验得出：双弹簧喷油器的降噪效果在中低速范围内最明显，随着柴油机转速的升高，其降噪效果下降。高速时燃烧噪声显著增加，但对涡轮增压柴油机，由于高速时滞燃期短，则可不受这种规律的限制。     

共轨喷油系统(ECD—U2)的喷油率形状控制技术

在柴油机领域中,为了降低各种排放以满足逐年严格的有关环境保护的排放法规的要求以及为满足包括燃油耗在内的各种用户的要求,已对喷油系统提出了创新的技术开发期望。我们正在应用一个被称为“ECD—U2”的理想的喷油系统来满足上述要求。 “ECD—U2”是通过使用一个高速响应电磁阀控制的喷油器对喷油定时进行优化,且使燃油具有很高压力的喷油系统。该系统也具有在一次喷油中的喷油规律(喷油率)的可控制性,这是它们的最大优点之一。 本报告的重点在于新的喷油器结构的开发,以实现为柴油机燃烧所需要的喷油率形状。     

通过改变喷油特性曲线形状降低直喷式柴油机的废气排放

本报告为一项研究课题的科研总结,该课题是由德国内燃机研究联合会（简称ＦＶＶ）提出,奥地利ＡＶＬ Ｌｉｓｔ公司完成的。课题的进行分为三个阶段,即燃烧过程的匹配,各种喷油速率曲线形状的研究;最后再加上废气再循环,充分利用喷油特性曲线形状的改变来降低废气排放。     

Stanadyne公司开发出新的RSN喷油嘴

美国Stanadyne公司开发了一种新的直喷式柴油机用的RSN喷油嘴,其主要优点是能降低燃烧噪声和NO_x排放。这是一种新的改进型专利产品。RSN喷油嘴改变了喷油率曲线的形状,降低了燃烧过程初期的喷油量(图1)。由于减少了预混合的燃料空气充量,所以能够降低发动机低速低负荷时的燃烧噪声和NO 排放。     

通过改变喷油特性曲线形状降低直喷式柴油机的废气排放

本报告为一项研究课题的科研总结,该课题是由德国内燃机研究联合会(简称FVV)提出,奥地利AVL List公司完成的。课题的进行分为三个阶段,即燃烧过程的匹配,各种喷油速率曲线形状的研究;最后再加上废气再循环,充分利用喷油特性曲线形状的改变来降低废气排放。     

不同喷油压力对汽油压燃中高负荷性能试验研究

基于一台改装后的压缩比为17的压燃式单缸发动机,展开不同喷油压力对汽油压燃燃烧模式发动机燃烧特性、爆震特性、效率特性和排放特性的研究,结果表明随着喷油压力的增加,缸内混合气形成速度加快,混合气着火时刻提前,燃烧持续期缩短,热效率呈现出先增大后略微降低的趋势。喷油压力的增加使得发动机爆震趋势增强,为降低最大压力升高率和爆震强度,采用推迟喷油策略,但高喷油压力下缸内燃烧对喷油时刻变得敏感,易产生较大的平均指示压力循环波动或爆震,燃烧控制难度增加。对不同喷油压力下爆震循环的缸压信号进行分析得出喷油压力对爆震频率无明显影响。喷油压力升高会使得未燃碳氢和CO排放降低,但同时也会使得NO_x排放增加。     

柴油机电控喷油技术

中日两国的两位专家正在合作编写《柴油机喷油技术》一书,现作者摘录该书第二篇第三章以飨读者。 柴油机电子控制喷油技术从诞生至今只有20多年的时间,但已经取得了巨大的进步。近来,对柴油机排放、噪声的社会批评向柴油机工程师提出了许多课题。1990年代中期以来,电控共轨系统已经达到实用化程度。共轨系统中,在130～160MPa的高压下可使燃油很好地雾化,通过多次喷射可以细致地控制燃烧,对降低燃油消耗、噪声、振动及排放等都起到了巨大的作用。 有一种观点认为:今后,随着排气后处理技术和空燃比控制技术的进步,不再以牺牲柴油机的高热效率为代价,就可生产出排放和噪声水平都接近或超过汽油车的柴油机汽车。     

增压直喷汽油机燃油喷射特性对排放影响的试验研究

基于某1.5L涡轮增压直喷汽油机,搭建试验测试系统,采用试验匹配测试方法研究了喷油模式、喷油时刻、喷油比例、喷油压力等决定燃油喷射特性的关键参数对碳烟排放的影响。试验结果表明:单次喷油模式下在部分负荷时,喷油越提前,碳烟排放越多;在全负荷时,喷油越推迟,碳烟排放越多。在多次喷油模式下,随第一次喷油的推迟碳烟排放降低,随第二、三次喷油的推迟碳烟排放增加。提高喷油压力对部分负荷工况燃烧及排放改善不明显,但外特性工况碳烟排放显著下降,碳氢化合物排放总量也大幅度降低,缸内燃烧速度加快,燃烧稳定性提高,有效燃油消耗率降低约2%。     

节流孔板对电控喷油器性能影响的试验研究

使用EFS喷射试验台,测量电控喷油器在匹配不同参数的节流孔板后所表现小的喷油特性,并加以分析.结果表明:节流孔板是电控共轨喷油器的重要构成部分,既控制着喷油嘴针阀的开启速度,又控制着喷油率的形状.因此,合理优化节流孔板参数,对改进喷油器的喷射性能、改善发动机燃烧状况、降低排放等具有重大意义.     

增压式高压共轨柴油机燃烧排放特性研究

增压式高压共轨系统能够实现二级喷射压力和可调喷油率。在对系统的核心部件——基于两位三通电磁阀的新型电控增压泵的性能进行深入分析的基础上,建立系统仿真模型,确定了增压持续期的合理范围为1.0～3.0ms。仿真得到相同喷油量时的各种不同喷油率,并将喷油率曲线导入CFD软件中进行燃烧排放计算和结果分析。研究结果表明:增压式高压共轨系统能够在工况确定的情况下,通过在矩形、斜坡形、靴形及不同基压的靴形喷油率中选择最优的喷油率形状,因而可在不明显恶化碳烟排放情况下,使NOx排放明显下降。     

某四缸乘用车柴油机燃烧系统的设计优化

介绍了长城汽车研发的一款高性能"2.0VGT"柴油发动机燃烧系统的设计优化过程,通过模拟计算发动机整个工作过程,对进排气系统和进气道形状、气流运动形式、喷油器喷雾特性、燃烧室形状进行多方案优化选型。研究不同工况下,喷油规律(次数、喷油间隔、每次喷油量、喷油时刻)、喷油器特性(喷孔数量、喷孔直径、喷油压力、喷油锥角)的喷雾特性(油滴细化程度、贯穿度)对发动机性能、排放和油耗的影响规律。并对发动机实现国Ⅴ排放要求,对所需要的喷油系统特性及燃烧室形状进行研究。     

可变喷油速率的超高压共轨系统喷射控制研究

通过AMESim软件建立了喷油速率可调的超高压共轨系统仿真模型,分析了相同喷油量条件下喷油率的变化特点。采用GT-Power软件建立单缸柴油机模型,将不同喷油率导入柴油机的燃烧计算模型,研究了不同喷油率对柴油机缸内压力、缸内温度、放热率、NO_x排放、碳烟排放及输出转矩和油耗率的影响。仿真结果表明:靴形喷油速率匹配合适的喷油提前角可优化柴油机的综合性能。搭建了超高压共轨柴油机台架,开展了不同喷油速率的喷射控制试验,结果表明:与相同油量条件下的高压共轨喷射相比,柴油机实施变喷油速率超高压喷射可获得更优异的动力性和燃油经济性,动力输出提高了5%,燃油消耗量下降了6%,碳烟排放降低,但NO_x排放升高。     

直喷柴油机喷油系统对燃烧和排放影响的三维模拟研究

直喷柴油机的喷油过程影响燃烧过程、影响发动机性能和污染物排放。为了研究喷油特性(如不同的喷油压力、喷油定时和喷孔直径等)对燃烧性能的影响,利用三维数值模拟软件K IVA-3代码,对喷油过程、燃烧过程和发动机性能进行了数值模拟。计算结果显示了不同喷油特性下的NO和碳烟排放的变化趋势。     

关于高EGR率下的柴油机燃烧及排放的研究

通过试验研究了柴油机在高EGR率下,喷油定时、喷油压力对其燃烧及排放的影响.结果表明:不论是提前还是延迟喷油定时,增加着火延迟,都会减少碳烟排放量,而且喷油定时的提前有保持热效率和防止发动机失火等优点 .在所有的喷油压力下,混合气中氧含量达到9%～10%时,可以实现无烟燃烧.     

喷油持续期对生物柴油发动机排放影响的仿真分析

利用质谱联用仪检测酸化大豆油甲酯的组分,基于检测结果计算其热物性参数。利用KIVA3V模拟研究135柴油机燃用柴油和纯生物柴油的燃烧和排放,并研究喷油持续期对其影响。结果表明相同功率条件下,生物柴油的油耗率比柴油大,但是随着喷油持续期的增大,油耗率差别减小;最大缸温Tmax和最大缸压Pmax均高于柴油,并随着喷油持续期的增大,出现的时刻推迟;CO和soot排放均低于柴油,而且随喷油持续期的增大排放差距增大;NOx排放高于柴油,但随着喷油持续期的增大,NOx的增加量降低。另外,喷油持续期对柴油和生物柴油燃烧和排放的变化趋势有着不同的影响。     

柴油机共轨喷油系统匹配与计算模型

采用共轨式喷油系统是提高柴油机性能、降低排放污染的有效手段，也是适应更加严格的排放法规和改善发动机的性能的途径之一。分析了柴油机共轨式喷油系统的研究热点及发展趋势，结合燃油系统的特点，讨论了喷油压力、喷油速率参数对排放和工作过程的影响，介绍了共轨系统的多分支共轨管贴体网格及多分支计算模型，提出了共轨系统与柴油机进气、燃烧系统的优化匹配措施。     

喷油策略对自由活塞直线发动机燃烧过程的影响

研究不同喷油策略对自由活塞发动机燃烧排放性能的影响,探索了适合自由活塞发动机柴油燃烧系统的喷油策略。基于AVL FIRE仿真平台,搭建三维动网格计算模型,通过台架试验数据,对试验喷油策略为矩形的缸压数据进行标定,验证了模型的准确性。然后对4种不同曲线形状喷油策略(普通三角形、等腰三角形、矩形和梯形)下的发动机燃烧放热及排放性能进行了仿真计算。研究结果表明:压缩上止点前采用矩形喷油策略缸内油气混合速率最快,压缩上止点后采用等腰三角形喷油策略更有利于油气混合;等腰三角形喷油策略下发动机峰值燃烧压力最大,最接近上止点,而且指示热效率最大,达到0.371;等腰三角形喷油策略下,缸内峰值燃烧压力和温度最大,NO排放最高而碳烟排放最低。