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基于进气节流耦合后喷策略的柴油机排气热管理

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农业工程学报 2024年第2期40卷 196-207页

作者：黄粉莲朱玉万明定申立忠彭益源夏大双昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500 昆明云内动力股份有限公司昆明650500

为研究柴油机颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生升温过程中排气热管理策略对柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度、发动机性能及污染物排放的影响,该研究分别选取低速低负荷、低速中负荷及中速低... 详细信息

为研究柴油机颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生升温过程中排气热管理策略对柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度、发动机性能及污染物排放的影响,该研究分别选取低速低负荷、低速中负荷及中速低负荷工况,通过试验研究进气节流和喷油控制参数对DOC入口温度、燃油经济性及排放性能的影响。试验结果表明:通过进气节流、推迟后喷正时和增大后喷油量能够有效提高DOC入口温度,主喷正时和喷油压力对DOC入口温度的影响较小。基于Box-Behnken试验设计与响应曲面法对低速低负荷工况下进气节流耦合后喷策略的排气热管理策略进行多目标优化,以进气量、后喷正时和后喷油量为因子,DOC入口温度、有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)、氮氧化合物(nitrogen oxides,NOx)和烟度排放为优化目标。响应曲面分析结果表明:各因素对DOC入口温度的影响程度从大到小为进气量、后喷油量、后喷正时;对BSFC和NOx排放的影响程度从大到小为后喷油量、后喷正时、进气量;对烟度排放的影响程度从大到小为进气量、后喷油量、后喷正时。当后喷正时为上止点后30℃A、进气量为87 kg/h、后喷油量为6 mg时,DOC入口温度达到最高,此时BSFC为275.4 g/(kW·h),NOx及烟度排放分别为7.38 g/(kW·h)和1.85 mg/m^(3)。优化后最佳进气量、后喷正时和后喷油量分别为87 kg/h、29℃A和5.4 mg,与优化前相比,DOC入口温度提升43.9℃,BSFC增加31.8 g/(kW·h),NOx和烟度排放分别降低18%和29%。研究结果可为DOC入口温度优化控制提供参考。

关键词：柴油机优化氧化催化器排气热管理响应曲面法

不同海拔条件下甲醇替代率和主喷正时对甲醇/柴油RCCI发动机性能的影响

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农业工程学报 2024年

作者：黄粉莲佘超杰万明定杨仕臣雷基林申立忠昆明理工大学云南省内燃机重点实验室

随着排放法规和温室气体排放限值的日益严苛，采用可再生碳中性燃料与新型燃烧技术已成为柴油机发展重要方向。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... 详细信息

随着排放法规和温室气体排放限值的日益严苛，采用可再生碳中性燃料与新型燃烧技术已成为柴油机发展重要方向。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 800r/min-100%负荷和3 200r/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，NOx和碳烟排放大幅降低，THC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 000m海拔下最大缸压平均增加1.72MPa，瞬时放热率峰值平均升高25.08J/°，ESFC平均降低4.67%，有效热效率平均升高4.90%,NOx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、388.18ppm。3 200r/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%,NOx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 000m,1 800r/min、20%甲醇替代率与3 200r/min、7%甲醇替代率下，瞬时放热率峰值分别降低4.80和8.08J/°，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%,NOx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，NOx、THC和CO排放增加。1 800r/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。

关键词：甲醇柴油机反应活性控制压燃主喷正时海拔

国六柴油机轨压和喷油正时对柴油机性能的影响

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内燃机工程 2024年第3期45卷 59-69页

作者：毕玉华张凯黄粉莲万明定聂学选严杰昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500

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... 详细信息

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℃。

关键词：柴油机负荷特性轨压喷油正时温度

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柴油微引燃双燃料发动机燃烧及排放特性研究

安全与环境学报 2024年第8期24卷 3260-3270页

作者：黄粉莲周正伟朱玉万明定王正江申立忠昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650000

为改善柴油微引燃双燃料发动机的燃烧过程、经济性及排放特性,通过数值仿真方法研究了大负荷工况下喷油策略、废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)及进气门晚关(Late Intake Valve Closing,LIVC)对柴油微引燃双燃料发动机缸内燃... 详细信息

为改善柴油微引燃双燃料发动机的燃烧过程、经济性及排放特性,通过数值仿真方法研究了大负荷工况下喷油策略、废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)及进气门晚关(Late Intake Valve Closing,LIVC)对柴油微引燃双燃料发动机缸内燃烧及排放特性的影响。结果显示:随着预喷时刻提前,缸压和放热率峰值降低,NO_(x)排放量降低,但预喷时刻过早导致缸内燃烧状况恶化,热效率下降。随着主喷时刻提前,缸压和放热率峰值先升高后逐渐降低,碳烟、碳氢化合物(Hydrocarbon,HC)和CO排放量先逐渐降低后略微升高,NO_(x)排放量先增多后减少;燃烧相位受主喷时刻的影响较大,合理调节主喷时刻可有效控制天然气/柴油反应活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)燃烧相位和污染物排放。随着EGR率增加,缸压及放热率峰值减小,缸内温度降低,燃烧相位推迟,有利于发动机向更高负荷范围拓展。当进气门晚关角度为0时,EGR率从32%增至48%,NO_(x)排放量下降66.21%;当EGR率大于40%后,碳烟、HC和CO排放量随EGR率增加而急剧升高。随着LIVC增大,缸压峰值和放热率峰值显著下降,指示热效率和NO_(x)排放量逐渐降低,碳烟、HC和CO排放量增加。在大负荷工况下,采用合适的主喷时刻、较小的LIVC耦合较低的EGR率可提高发动机的热效率,维持NO_(x)排放量较低的同时能有效减少碳烟、HC和CO排放量。

关键词：环境工程学排放燃烧喷油策略废气再循环(EGR) 进气门晚关(LIVC)

甲醇-柴油反应活性控制压燃发动机排放特性与经济性预测及优化

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车用发动机 2024年第1期 76-85页

作者：黄粉莲门炳翰佘超杰万明定彭益源申立忠昆明理工大学云南省内燃机重点实验室云南昆明650500

基于甲醇-柴油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机台架试验数据,建立了基于粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化BP神经网络的甲醇-柴油RCCI发动机排放特性、经济性预测智能模... 详细信息

基于甲醇-柴油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机台架试验数据,建立了基于粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化BP神经网络的甲醇-柴油RCCI发动机排放特性、经济性预测智能模型,以发动机负荷、甲醇替代率、EGR率为输入参数,NO_(x)、烟度、CO、THC排放和当量有效燃油消耗率为输出,预测模型的决定系数(R^(2))分别为0.99,0.97,0.99,0.98和0.96,平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)为6.46%,0.56%,3.12%,1.21%和0.3%,表明构建的PSO-BPNN模型能够有效预测甲醇-柴油RCCI发动机的NO_(x)、烟度、CO、THC排放和经济性。基于偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)分析了不同控制参数对发动机污染物排放和经济性的相关性,将PSO-BPNN预测模型与NSGA-Ⅱ算法相结合,以NO_(x)、烟度和当量有效燃油消耗率为目标对负荷、甲醇替代率和EGR率进行协同优化,将最优控制参数组合标定至双燃料发动机的控制系统进行试验验证。结果表明:优化后烟度变化不明显,NO_(x)排放平均降低39.6%,当量有效燃油消耗率平均降低2.6%。

关键词：甲醇双燃料发动机排放特性燃油经济性预测模型多目标优化

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涡轮增压柴油机进气流量的计算与仿真

农业工程学报 2013年第3期29卷 62-68页

作者：黄粉莲纪威周炜中国农业大学工学院北京100083 交通运输部公路科学研究院北京100088

在进行增压器与柴油机匹配及柴油机系统动态仿真时,需要准确计算柴油机进气流量。为确定最佳的进气流量计算模型,对进气流量平均值模型进行比较分析,综合考虑增压中冷、废气再循环率、充量系数及工况变化的影响并建立相应的修正模型,利... 详细信息

在进行增压器与柴油机匹配及柴油机系统动态仿真时,需要准确计算柴油机进气流量。为确定最佳的进气流量计算模型,对进气流量平均值模型进行比较分析,综合考虑增压中冷、废气再循环率、充量系数及工况变化的影响并建立相应的修正模型,利用Matlab/Simulink对所有模型进行了仿真验证。仿真和试验结果表明:修正后的进气流量模型计算结果与试验数据相吻合,最优模型的平均相对误差为2.96%,模型设计合理准确。研究结果可为准确计算涡轮增压柴油机进气流量及其模型的选择提供指导和依据。

关键词：柴油机流量测量计算涡轮增压进气流量

基于OPTIMUS的柴油机配气正时及喷油提前角的优化

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农业工程学报 2012年第15期28卷 27-32页

作者：黄粉莲纪威张禄周炜中国农业大学工学院北京100083 交通运输部公路科学研究院北京100088

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... 详细信息

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。

关键词：柴油机优化配气正时喷油提前角 OPTIMUS

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车用涡轮增压柴油机加速工况瞬态特性仿真

农业工程学报 2014年第3期30卷 63-69页

作者：黄粉莲纪威周炜张禄中国农业大学工学院北京100083 交通运输部公路科学研究院北京100088

为研究车用涡轮增压柴油机加速工况的瞬态响应及氮氧化物（NO）排放特性，基于充．排法建立柴油机及其附件系统工作过程模型，初次考虑瞬发NO机理对瞬态工况下NO排放的影响，根据曲轴转矩平衡方程推导发动机瞬时角加速度与车辆状态参数... 详细信息

为研究车用涡轮增压柴油机加速工况的瞬态响应及氮氧化物（NO）排放特性，基于充．排法建立柴油机及其附件系统工作过程模型，初次考虑瞬发NO机理对瞬态工况下NO排放的影响，根据曲轴转矩平衡方程推导发动机瞬时角加速度与车辆状态参数的关系，在Matlab／Simulink环境下集成柴油机系统加速瞬态过程仿真模型。仿真和验证结果表明：柴油机稳态及加速瞬态工况仿真结果均与实际情况相符，模型设计合理准确；稳态工况下瞬发NO机理对总NO排放的贡献为5．26％～11．36％；瞬态工况下，涡轮迟滞时间约为0．14S，柴油机加速开始阶段油气混合不匀导致燃烧品质下降，热NO及瞬发NO生成均明显增加。研究结果可为发动机瞬态性能及NO排放的预测与分析提供参考。

关键词：柴油机车辆一氧化氮排放控制加速工况瞬态特性

过量空气系数对柴油/甲醇RCCI发动机非常规排放特性的影响

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农业工程学报 2021年第8期37卷 52-61页

作者：黄粉莲田茂盛万明定申立忠雷基林昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500

为探究柴油/甲醇反应活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)发动机非常规排放特性及影响机理,该研究对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了柴油/甲醇双燃料RCCI发动机专用试验台架,系统研究了不同甲醇替... 详细信息

为探究柴油/甲醇反应活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)发动机非常规排放特性及影响机理,该研究对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了柴油/甲醇双燃料RCCI发动机专用试验台架,系统研究了不同甲醇替代率、过量空气系数对发动机非常规排放物的影响规律。结果表明:最大转矩转速(2 000 r/min)、不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,柴油/甲醇RCCI发动机甲醇、甲醛、芳香烃碳氢化合物和SO_2排放量升高,非甲烷总烃、CO_(2)排放降低;25%负荷、甲醇替代率从0%增加到15%,CO_(2)排放量降低4.5%;100%负荷、30%甲醇替代率时,CO_(2)排放量较纯柴油模式减少6.8%。随过量空气系数减小,未燃甲醇、甲醛、非甲烷总烃和SO_2排放量降低,CO_(2)排放升高;25%负荷下,过量空气系数从3.48减小到3.05,5%、10%、15%替代率下甲醇排放量分别降低16.9%、12.7%和14.5%,甲醛排放量分别降低8.8%、10.8%和10.5%,非甲烷总烃排放量平均下降75%;100%负荷下,过量空气系数从1.6减小到1.38,10%、20%、30%替代率下甲醇排放量分别降低45.6%、45.9%和43.9%,非甲烷总烃排放分别降低18.2%、27.3%和60%,甲醛排放量平均减少34.4%;高负荷下芳香烃碳氢化合物随过量空气系数的减小而升高,低负荷下变化不明显;RCCI模式下,碳氢化合物的主要成分是未燃甲醇和甲醛,适当关小节气门开度,减小过量空气系数,对降低非常规污染物排放有利。外特性工况下,随发动机转速增加,未燃甲醇、非甲烷总烃、二氧化碳排放降低,甲醛排放增多;不同转速下随着甲醇替代率增加,非甲烷总烃和二氧化碳排放降低,未燃甲醇和甲醛排放量增加。研究结果可为柴油/甲醇双燃料RCCI发动机非常规排放物控制奠定理论基础。

关键词：发动机燃烧柴油甲醇过量空气系数非常规排放物