【】燃烧室结构对小型直喷式柴油机性能和燃烧噪声影响的试验研究
燃烧室结构对柴油机排放影响的模拟与试验研究
柴油机 具有较 好 的可靠 性 、 经济 性 和 较 高 的热 效率 ， 因而成 为农 业 机 械 和工 程 机 械 中较 普 遍 的 动
制缩 口率和 径深 比不 同 ， 通 过 对 ３种 燃烧 室 的数 值
模拟 ， 了解 缸 内油气 混合 物 的气 流运 动 ， 分 析排放 物
１号
Hale Waihona Puke ２号 ３号 ＮＯ 和 ｓ ｏ ｏ ｔ 的生成历 程 ， 为燃烧 室结构 的进 一 步设 计 和优化 提供 了依 据 。
图 １ 燃 烧 室 结 构
拟， 并通 过 试 验 研 究 了 ３种 燃 烧 室形 状 对 柴 油 机排 放 特 性 的 影 响 。结 果 表 明 ： 较 小的径 深比和较 大的缩 口率有利
于减 少 Ｎ０ 排放 ， 但是不利 于 ｓ ｏ ｏ ｔ 的氧化 ； 较 小缩 口 率 燃 烧 室 与较 小 进 气 涡 流 比 匹 配有 利 于减 少 Ｎ Ｏ 排 放 。 模
压缩 比１ ７ ． ５： １ ， 标定 转速 ３ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ， 标 定 功 率
５５ ｋＷ 。
格划分 ， １号 燃 烧 室 上 止 点 网 格 数 为 １ １ ｌ １ ２ Ｏ个 ，
２ 号燃 烧 室上 止点 网格数 为 ｌ ｌ ２ ４ ０ ０个 ， ３号 燃烧 室 上止 点 网格 数为 １ １ ４ ７ ２ ０个 ， 导入 Ｃ Ｆ Ｄ软 件 中生 成
２ 计 算 模 型 的选 取 及 边 界 条 件 的 确 定
２ ． １ 模 型 的建立
预喷射控制柴油机燃烧噪声的试验研究
的低 频成 分 主要 由缸 内最 大 压 力 决定 ， 高频 成 分 中
则主 要 由 中高 频段 ， 可 以用 故
２ 试 验 装 置
本试 验是 在一 个直 列 ６缸直 喷式 柴油 机试验 台
架 上进 行 的 ， 有 电 装 Ｅ Ｄ－Ｕ２高 压 共 轨 系 统 ， 配 Ｃ －
ＵＥ Ｕ３ Ｃ ２电控单 元 ， ｉｔ ｒ 压传 感器 及 数 据采集 Ｋ ｓｌ 缸 ｅ 系统 ， 能 油 耗 仪 ，Ｎ ， Ｏ 与 烟 度 测 试 分 析 设 智 Ｃ 备 ， Ｂ空气 流 量 计 ， Ｋ 噪 声 采 集 与 分 析设 备 等 。 ＡＢ Ｂ 发 动 机 主 要 技 术 规 格 及 性 能 参 数 是 ， 径 为 缸
预喷射 燃油 先燃 烧 ， 燃 烧 室在 主 喷射 燃 油 喷 人前 使
壁 面温 度 升高 ， 导致 主喷 射 的滞燃期 明显缩短 ， 而 从 使 滞燃 期 内形成 的 可燃燃 油量 明显 减少 。由于滞燃 期 内积 聚 的可燃燃 油 量是决 定 柴油 机燃烧 噪声 的根 本 因素 ， 而其 他各 种 参 数 影 响燃 烧 噪声 的机 理最 终 都 归结 到这 一点 ， 以 ， 用 预 喷 射 手段 ， 对燃 烧 所 采 会
柴 油机燃 烧 噪 声对 整 机 噪声 的 主 喷射 燃 油 的燃 烧 起 到 了活 化 的作 用 ］ 。
烧 噪声 的研 究越来 越 受到 重视 。高压 共 轨 电喷 系统 具有很 高 的喷射 压 力 和较 好 的控 制 灵 活 性 ， 以实 可 现对预 喷射 的精 确 控 制 。对 于此 系 统 来 说 ， 用 预 采 喷 射控制 燃烧 噪声 是一 个有 效 的手段 ［ ］ １。 缸 内气 体 压 力 引起 的 结 构 振 动 传 到 内燃 机 表 面 ， 由表 面辐射 出来 的 噪声称 为燃 烧 噪声 。 并 从 机理 上分析 主要 有两 方 面 因素对燃 烧 噪声 产 生 影响 ， 首先是 动 载荷 ， 其次 是 冲击波 。由于缸 内的 压力 剧变 使得气 缸 盖 、 活塞 和 曲柄 等 传 声 部 件受 到 强 烈 的动 力性 载荷 ， 虽然 这 些 传 声 部 件 的 固 有 频率 多数 集 中在 中高频 率 范 围 内 ， 缸 内压 力 振 荡 的频 但 率 范 围很 大 ， 般 为 ０ Ｈｚ １ ‘Ｈｚ 这 样 当压 力 振 一 ～ ０ ， 荡频 率与 传声 部件 固有 频率 相 近或 相 同 的时 候 ， 就 会 引起共 振 。研 究 表 明 ， 振 频 率 处 辐 射 的燃 烧 噪 共 声 能量 很 大［ ； 内可燃 混 合气 在 条 件 成 熟 时会 在 ３缸 ］ 若 干点先 燃烧 ， 并产 生压 力剧 变 ， 火焰 在传播 的过程 中也伴 随 着具有 冲 击 性 的压 力 波 ， 过在 燃 烧 室 内 经 的多次 反射 从而 形成 压力 高频 振动 ［ 。 由于 此压 力 ４ ］ 高频 振动 持续 时间 较 长 ， 且 传 声 部件 对 高 频 激 励 并 传递 的衰减 系数 较小 ， 以 ， 过传 声 部件最 终会 辐 所 通 射 出频 率较 高 的燃烧 噪声 。
关于柴油机燃烧过程的影响因素研究
无法工作。 位对 柴 油 机 的动 力 性 和 经 济性 影 响 很 大 。 配气 正 时可 保证 柴 油 机工 作 中进 气 充 分 、 气干 净 ， 排 为 燃料 在 气缸 中 良好 燃 烧创 造 必 要 条件 。在 柴油 机 的使 用过 程 中 ， 由于气 缸 门 隙的 变化 ， 配气 凸轮 与传 动件 的 磨损 ， 以及 正 时齿 轮 的 安 装 与 调 整 不 当 等 都 将 使 配 气
油机 使 用 、 整 、 养及 维 修 等 多方 面 因素 的影 响 。本 调 保 文作 者 就 其过 程 的 主要 影 响 因 素作 浅 析 。
１ 燃 烧 室 结 构 及 进 气 系 统 的影 响
柴油 机 的燃 烧 室 结 构 有 两 种 形 式 ， 种 为 直 喷 式 一 燃烧 室 ， 种 为分 隔 式 燃 烧 室 。直 喷 式 燃 烧 室 由 于燃 一 烧室 结 构 简 单 ， 以形 成 较强 气 体 扰 流 ， 须 配 以能 形 难 必 成较 强 气 体扰 流 的进气 系统 ， 切 向进 气 道 ， 如 螺旋 进 气
尤 为重 要 。 关 键 词 ： 柴 油 机 ； 力 性 ； 烧 过 程 动 燃 中 图分 类 号 ： ＴＫ４ １ ． ２ ２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
柴 油机 的燃 烧 过程 对 柴 油机 的 工作 非 常重 要 。燃 烧过 程 的 优 劣 ， 接 影 响 柴 油 机 的 动 力 性 和 经 济 性 。 直 所谓 柴 油机 的燃 烧 过 程 ， 指 燃 料 在 气 缸 中与 压 缩 空 是 气 中的 氧化 合 而 放 出 热能 的 过程 。其过 程受 柴 油 机燃 烧室 结 构形 状 及 与 之相 匹 配 的 配气 系统 、 油 系统 、 供 柴
入燃 烧 室 。 同 时使 压缩 终 了的气 缸 温 度 、 压力 偏 低 ． 空 气运 动 变 弱 ， 导致 可燃 混 合 气 的 形 成 不 良和燃 烧 不 完
内燃机原理课后习题与答案
第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程;1进气过程：为了使发动机连续运转,必须不断吸入新鲜工质,即是进气过程;此时进气门开启,排气门关闭,活塞由上止点向下止点移动;2压缩过程：此时进排气门关闭,活塞由下止点向上止点移动,缸内工质受到压缩、温度;压力不断上升,工质受压缩的程度用压缩比表示;3燃烧过程：期间进排气门关闭,活塞在上止点前后;作用是将燃料的化学能转化为热能,使工质的压力和温度升高,燃烧放热多,靠近上止点,热效率越高;4膨胀过程：此时,进排气门均关闭,高温高压的工质推动活塞,由上止点向下至点移动而膨胀做功,气体的压力、温度也随之迅速下降;5排气过程：当膨胀过程接近终了时,排气门打开,废气开始靠自身压力自由排气,膨胀过程结束时,活塞由下止点返回上止点,将气缸内废气移除;3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么可采取哪些基本措施提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失;提高工质的绝热指数κ可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积,缩短后燃期能减小传热损失;⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失;⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失;⑷加强燃烧室气流运动,改善混合气均匀性,优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失;⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失;⑹采用合理的配缸间隙,提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失;4.什么是发动机的指示指标主要有哪些答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标;它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率;5.什么是发动机的有效指标主要有哪些答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标;主要有：1发动机动力性指标,包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2发动机经济性指标,包括有效热效率.有效燃油消耗率；3发动机强化指标,包括升功率PL.比质量me;强化系数PmeCm.6.总结提高发动机动力性能和经济性能的基本途径;①增大气缸直径,增加气缸数②增压技术③合理组织燃烧过程④提高充量系数⑤提高转速⑥提高机械效率⑦用二冲程提高升功率;7.什么是发动机的平均有效压力、油耗率、有效热效率各有什么意义平均有效压力是指发动机单位气缸工作容积所作的有效功;平均有效压力是从最终发动机实际输出转矩的角度来评定气缸工作容积的利用率,是衡量发动机动力性能方面的一个很重要的指标;有效燃油消耗率是单位有效功的耗油量,通常以每千瓦小时有效功消耗的燃料量来表示; 有效热效率是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比值; 有效热效率和有效燃油消耗率是衡量发动机经济性的重要指标;8.发动机的机械损失主要包括哪些摩擦损失,驱动各种附件损失,带动机械增压器损失,泵气损失9.什么是机械效率受哪些因素影响有何意义机械效率是有效功率与指示功率的比值;影响因素：①转速和活塞平均速度②负荷③润滑油温度和冷却水温度,意义：比较机械损失所占比例的大小;10.如何测定机械效率适用于汽油机的是哪种方法为什么通过发动机试验测定,常用方法有示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法;倒拖法适用于汽油机;11.简述汽油机和柴油机工作循环的区别汽油机和柴油机的工作循环同样有进气,压缩,燃烧工作,排气四个过程;它们的不同的点；1汽油机在进气道,进入汽缸内的气体是有一定比例的汽油和空气称做可燃混合气；柴油机在进气道,进入汽缸内的气体是纯净的空气;2在压缩的过程;汽油机与柴油机是没有区别的,只是被压缩的气体,成分不同;3燃烧过程,汽油机与柴油机的区别较大;汽油本身物质燃点较低,经压缩后给一个高压的电火花就将其点燃了,而且燃烧的速度比柴油快；柴油本身物质密度较大,要在高温和高压的条件下才能自行燃烧,经压缩后的纯净空气正好满足了这个条件,这时即刻向汽缸喷入高压油使其燃烧;柴油的热值比汽油高产生的动力比汽油机大;4排气过程基本是一样的;废弃物都是二氧化碳和水,但是由于汽油的燃烧速度太快需要加入抗爆剂,因此排放不如柴油机清洁13.为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机1.柴油机的压缩比高,作功时膨胀得更厉害;2.柴油机油气混合时空燃比远大于1,是富氧燃烧,燃料可以充分燃烧;汽油机燃烧的空燃比在1左右,因为没有足够的氧气,汽油不能完全燃烧;14.柴油机工作循环为什么不采用等容加热循环定容加热理想循环又称奥托循环,基于这种循环而制造的煤气机和汽油机是最早的活塞式内燃机;由于煤气机、汽油机和柴油机燃料性质不同,机器的构造也不同,其燃烧过程接近于定容过程,不再有边燃烧边膨胀接近于定压的过程,故而在热力学分析中,奥托循环可以看作不存在定压加热过程的混合加热理想循环;定容加热循环被压缩的是燃料和空气的混合物,要受混合气体自燃温度的限制,存在“爆燃”的问题,效率不会太高;定压加热循环压缩的仅仅是空气,不存在“爆燃”的问题,效率高,所以柴油机采用的是后者而不是前者第二章发动机的换气过程1.为什么发动机进气门迟后关闭、排气门提前开启;提前与迟后的角度与哪些因素有关答：1进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能,实现在下止点后继续充气,增加进气量;排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制,若是活塞在下至点时才打开排气门,则在气门开启的初期,开度极小,废气不能通畅流出,缸内压力来不及下降,在活塞向上回行时形成较大的反压力,增加排气行程所消耗的功2提前与迟后的角度与哪些因素有关配气相位的合理选择要从哪几个方面衡量：①充气效率的变化是否符合动力性要求;②换气损失尽可能的小;③能否保证必要的燃烧室扫气作用;④排放指标好;2. 四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段,这几个阶段时如何界定的答：1自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近于排气管内压力的这个时期;强制排气阶段：废气是由活塞上行强制推出的这个时期; 进气过程：进气门开启到关闭这段时期;气门重叠和燃烧室扫气：由于排气门迟后关闭和进气门提前开启,所以进.排气门同时打开这段时期;3 影响充量系数的主要因素有哪些答：1.进气门关闭时缸内的压力; 2.进气门关闭时缸内气体温度; 3.残余废气量; 4.进排气相位角; 5.发动机压缩比; 6.进气状态;第三章发动机废气涡轮增压3为什么增压后需要采用进气中冷技术答：对增压器出口空气进行冷却,一方面可以进一步提高发动机进气管内空气密度,提高发动机的功率输出,另一方面可以降低发动机压缩始点的温度和整个循环的平均温度,从而降低发动机的排气温度、热负荷和NOx的排放;5 车用发动机采用增压时应注意哪些问题答：1适当降低压缩比,加大过量空气系数;2对供油系统进行结构改造,增加每循环供油率;3合理改进配齐相位;4进排气系统设计要与增压系统的要求一致;5对增压器出口空气进行冷却;7 汽油机增压的技术难点有哪些限制汽油机增压的主要技术障碍时：爆燃、混合气的控制、热负荷和增压器的特殊要求等; 第四章燃料与燃烧化学1 我国的汽油和轻柴油时分别根据哪个指标来确定牌号的答：汽油根据辛烷值来确定牌号；轻柴油按凝点来确定牌号;2 蒸发性不好和太好的汽油,在使用中各有什么缺点和可能产生的问题答：蒸发性过强的汽油在炎热夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时,容易使发动机的供油系统产生“气阻”,甚至发生供油中断;另外,在储存和运输过程中的蒸发损失也会增加；蒸发性若的汽油,难以形成良好的混合气,这样不仅会造成发动机启动困难,加速缓慢,而且未气化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定,油耗上升;如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上,还会破坏润滑油膜,甚至窜入曲轴箱稀释润滑油,从而使发动机润滑遭破坏,造成机件磨损增大;3 试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义;答：辛烷值用来表示汽油的抗爆性,抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力;辛烷值是代表点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值;在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定;采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比来表示;柴油十六烷值时用来评定柴油的自燃性;将十六烷值规定为100的正十六烷和规定十六烷值为0的α-甲基萘按不同比列混合得出不同十六烷值的标准燃料,其十六烷值为该混合气中正十六烷的体积百分比;如果某种柴油与某标准燃料的自燃性相同,则该标准燃料的十六烷值即为该柴油的十六烷值;4什么是过量空气系数它与混合气浓度有什么关系答：发动机工作过程中,燃烧1kg燃油实际共给的空气量与理论空气量之比,称为过量空气系数;过量空气系数大于1称为稀混合气,等于1称为标准混合气,小于1称为浓混合气;8 发动机采用代用燃料的意义是什么答：减缓石油消耗速度,改善发动机的动力性和燃油经济性,降低有害物质排放;第五章柴油机混合气的形成与燃烧1.以柱塞式喷油泵为例简述柴油机燃料喷射过程柱塞式喷油泵一般由柴油机曲轴的定时齿轮驱动,固定在喷油泵体上的活塞式输油泵由喷油泵的凸轮轴驱动,当柴油机工作时,输油泵从油箱洗出柴油,经油水分离器除去柴油中的水分,再经燃油滤清器,滤清柴油中的杂质,然后送入喷油泵,在喷油泵内,柴油经过增压和计量之后,经高压油管供入喷油器,最后通过喷油器将柴油喷入燃烧室;喷油泵前端装有喷油提前角调节器,后端与调速器组成一体,输油泵供给的多余柴油及喷油器顶部的回油均流回油管返回油箱3 什么时供油提前角和喷油提前角解释两者的关系以及对柴油机性能的影响;答：供油系统的理论供油始点到上止点为止,曲轴转过的角度叫供油提前角;喷油器的针阀开始升起也就是喷油始点到上止点间曲轴转过的角度叫喷油提前角;供油提前角的大小决定了喷油提前角,供油提前角越大,喷油提前角约到;但两者并不同步增大,两者之差称为喷油延迟角;影响：发动机转速越高,高压油管越长,喷油延迟角越大,它越大,在着火期间喷入的油越多,低压油喷入气缸的量增多,燃油雾化变差,燃烧不充分,易产生积碳堵塞喷油孔的现象,降低柴油机的性能;5 柴油机有哪些异常喷射现象和他们可能出现的工况简述二次喷射产生的原因和危害及消除方法;答：柴油机有二次喷射、断续喷射、不规则喷射、隔次喷射和滴油这几种异常喷射现象;二次喷射易发生在高速、大负荷工况下；断续喷射常发生于某一瞬间喷油泵的供油量小于喷油器喷出的油量和填充针阀上升空出空间的油量之和;不规则喷射和隔次喷射易发生在柴油机怠速工况下;二次喷射是在压力波动影响下针阀落座后再次升起造成的;由于二次喷射是在燃油压力较低的情况下喷射的,导致这部分燃油雾化不良,燃烧不完全,碳烟增多,并易引起喷孔积炭堵塞;此外,二次喷射还使整个喷射持续时间拉长,则燃烧过程不能及时进行,造成经济性下降,零部件过热等不良后果; 为避免出现不正常喷射现象,应尽可能地缩短高压油管的长度,减小高压容积,以降低压力波动,减小其影响;并合理选择喷射系统的参数;7.试述柴油机燃烧过程,说明压力升高率的大小对柴油机性能的影响柴油机燃烧过程：着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期影响：过大的压力升高率会使柴油机工作粗暴,噪声明显增加,运动零部件受到过大冲击载荷,寿命缩短；过急的压力升高会导致温度明显升高,使氮氧化物生成量明显增加8.燃烧放热规律三要素是什么什么是柴油机合理的燃烧放热规律答：一般将燃烧放热始点相位、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素; 合理的放热规律是：燃烧要先缓后急;在初期的燃烧放热要缓慢以降低NOx的排放,在中期要保持快速燃烧放热以提高动力性和经济性能,在后期要尽可能缩短燃烧以便降低烟度和颗粒的排放;9.简述柴油机的混合气形成的特点和方式柴油机在进气过程中进入燃烧室的是纯空气,在压缩过程接近终了时才被喷入,经一定准备后既自行着火燃烧;由于柴油机的混合气形成的时间比汽油机短促得多,而且柴油的蒸发性和流动性都较汽油差,使得柴油难以在燃烧前彻底雾化蒸发并与空气均匀混合,因而柴油机可燃混合气的品质较汽油机差;因此柴油机不得不采用较大的过量空气系数,使喷入燃烧室内的柴油能够燃烧得比较完全柴油机混合气形成方式从原理上来分,有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种10.简述直喷式燃烧室柴油机的性能特点,并与分隔式燃烧室柴油机进行比对;直喷式燃烧室柴油机的性能特点：1燃烧迅速,所以经济性好,燃油消耗率低,但工作粗暴,压升率高,燃烧噪声大2燃烧室结构简单,表面积与体积的比小,散热损失小,没有主副燃烧室的流动损失,冷启动性能好,经济性好3对喷射系统要求较高4NOx排放量较分隔式燃烧室高特别在高负荷区；微粒排放量较低5对转速变化较为敏感分隔式燃烧室柴油机的性能特点：1主要靠强烈的空气运动来保证较好的混合气质量,空气利用率较高α=1.22随转速的提高,空气运动强度增大,高速下性能较好3对喷射系统要求较低4结构复杂,表面积与体积的比大,散热损失和流动损失大,比直喷式燃烧室柴油机效率低,经济性差5由于散热损失大使起动性能变差6先在副燃烧室着火,主燃烧室压力上升缓慢,工作平稳,燃烧噪声小,但对经济性不利7对燃油不太敏感,有较强的适应性8除低负荷下的碳烟排放量大外,其余由于直喷式11柴油机燃烧过程优化的基本原则是什么答：1油-气-燃烧室的最佳配合;2控制着火落后其内混合气生成量;3合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动;4紧凑的燃烧室形状;5加强燃烧期间和燃烧后期的扰流;6优化运转参数;12 什么是柴油机合理的喷油规律答：喷射开始时段的喷油率不能太高,以便控制着火落后期内形成的可燃混合气量,降低初期放热率,防止工作粗暴;在燃烧开始后,应有较高的喷油率以期缩短喷油持续期,加快燃烧速率,同时尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动,以防止不正常喷射现象;第六章汽油机混合气的形成与燃烧1.说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点,以及对它们的要求燃烧过程：1着火落后期：它对每一循环都可能有变动,有时最大值是最小值的数倍;要求：为了提高效率,希望尽量缩短着火落后期,为了发动机稳定运行,希望着火落后期保持稳定2明显燃烧期：压力升高很快,压力升高率在0.2-0.4MPa/°;希望压力升高率合适3后燃期：湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料,以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧;希望后燃期尽可能的短;2.爆燃燃烧产生的原因是什么它会带来什么不良后果答：燃烧室边缘区域混合气也就是末端混合气燃烧前化学反应过于迅速,以至在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然,引发爆燃; 爆燃会给柴油机带来很多危害,发生爆燃时,最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大,因而相关零部件所受应力大幅增加,机械负荷增大；爆燃时压力冲击波冲击缸壁破坏了油膜层,导致活塞、气缸、活塞环磨损加剧,爆燃时剧烈无序的放热还使气缸内温度明显升高,热负荷及散热损失增加,这种不正常燃烧还使动力性和经济性恶化;3.爆燃和早燃有什么区别答：早然是指在火花塞点火之前,炽热表面点燃混合气的现象;爆燃是指末端混合气在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然的现象;早燃会诱发爆燃,爆燃又会让更多的炽热表面温度升高,促使更加剧烈的表面点火;两者相互促进,危害更大;另外,与爆燃不同的时,表面点火即早燃一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致,没有压力冲击波,敲缸声比较沉闷,主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生震动而造成;4.爆燃的机理是什么如何避免发动机出现爆燃答：爆燃着火方式类似于柴油机,同时在较大面积上多点着火,所以放热速率极快,局部区域的温度压力急剧增加,这种类似阶越的压力变化,形成燃烧室内往复传播的激波,猛烈撞击燃烧室壁面,使壁面产生振动,发出高频振音即敲缸声; 避免方法：适当提高燃料的辛烷值；适当降低压缩比,控制末端混合气的压力和温度；调整燃烧室形状,缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间,如提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离;5.何谓汽油机表面点火防止表面点火有什么主要措施答：在汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象,统称为表面点火;防止措施：1适当降低压缩比;2选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油;3要避免长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶;4应用磷化合物为燃油添加剂使沉积物中的铅化物成为磷酸铅从而使碳的着火温度提高到560℃且氧化缓慢,放出热量少,从而减少表面点火的产生;6.何谓汽油机燃烧循环变动燃烧循环变动对汽油机性能有何影响如何减少燃烧循环变动答：燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征,是指发动机以某一工况稳定运转时,这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化,具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同; 影响：由于存在燃烧循环变动,对于每一循环,点火提前角和空燃比等参数都不可能调整到最佳,因而使发动机油耗上升、功率下降,性能指标得不到充分优化;随着循环变动加剧,燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多,碳氢化合物等不完全燃烧产物增多,动力性、经济性下降;同时,由于燃烧过程不稳定,也使振动和噪声增大,零部件寿命下降,当采用稀薄燃烧时,这种循环变动情况加剧; 减少措施：1尽可能使фa=0.8～1.0,此时的循环变动最小;2适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性,进而改善循环变动;3改善排气过程,降低残余废气系数γ;4避免发动机工作在低负荷、低转速工况下;5多点点火有利于减少循环变动;6提高点火能量,优化放电方式,采用大的火花塞间隙;7 提高汽油机压缩比对提高性能有何意义如何保证在汽油机上使用较高的压缩比提高压缩比可以提高汽油机的功率和经济性,特别是对经济性有显著的作用;但压缩比过高,会导致汽油机爆燃,所以应该合理的设计燃烧室,缩短火焰传播行程,合理选用火花塞位置;适当利用湍流,降低终燃混合气温度等11 在汽油机上燃烧均质稀混合气有什么优点它所面临的主要困难时什么目前解决的途径有哪些答：优点：混合气均匀,燃烧较完全;对燃油共给及喷射系统没特别高的要求; 困难：1为防止爆燃采用较低压缩比导致热效率较低;2浓混合气的比热容比低导致热效率低;3只能用进气管节流方式对混合气量进行调节即所谓量调节使得泵气损失较大;4在化学剂量比附近燃烧,导致有害排放特别是NOx排放较高;5用三元催化转换器的汽油机,它的过量空气系数фa 必须控制在1左右,从而限制其性能进一步提高;解决途径：采用稀薄燃烧汽油机;一类是非直喷式稀燃汽油机,包括均质稀燃和分层稀燃式汽油机,另一类是缸内直喷式稀燃汽油机;12.分析过量空气系数和点或提前交对燃烧过程的影响答：当a=0.8-0.9时,由于燃烧温度最高,火焰传播速度最大,Pe达最大值,但爆燃倾向增大;当a=1.03-1.1时,由于燃烧完全,有效燃油消耗率最低,使用a<1的浓混合气工作,由于必然会产生不完全燃烧,所以CO排放量明显上升,当a<0.8或a>1.2时,火焰速度缓慢,部分燃料可能来不及完全燃烧,因而经济性差,HC排放量增多且工作不稳定; 点火过迟,则燃烧延长到膨胀过程,燃烧最高压力和温度下降,传热损失增多,排气温度升高,热效率降低,但爆燃倾向减小,NOx升高,功率、排放量降低;点火提前角对汽油机的经济性影响较大;据统计,如果点火提前角偏离最佳位置5°曲轴转角热效率下降1%；偏离转角10°曲轴转角,热效率下降5%；偏离20°曲轴转角,热效率下降16%;13 何谓稀燃、层燃系统稀燃、层燃对汽油机有何益处答：稀燃系统就是均质预混合气燃烧,通过采用改进燃烧室、高湍流、高能点火等技术使汽油机的稳定燃烧界限超过α=17的系统；分层燃烧系统就是在α更大的情况下,均质混合气难以点燃,为了提高稀燃界限,通过不同的气流运动和供油方法,在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气,而周边是较稀混合气和空气,分层燃烧低汽油机可稳定工作在α=20～25范围内; 好处：使燃油消耗率降低,且提高排放性能;14 电控汽油喷射系统与化油器相比有何优点答：1可以对混合气空燃比进行精确控制,使发动机在任何公开下都处于最佳工作状态,特别。
燃烧室参数对小型柴油机突增负荷工况燃烧及HC排放的影响
第11卷第4期2005年8月燃 烧 科 学 与 技 术Journ al of Co m bustion Sc i ence and T echno l ogyV o.l11N o.4Aug.2005燃烧室参数对小型柴油机突增负荷工况燃烧及HC排放的影响*孙万臣1,刘忠长1,刘巽俊1,宫本登2,小川英之2,河辺隆夫2(1.吉林大学内燃机工程系,长春130025;2.北海道大学工学部,日本札幌060-8628)摘 要:应用自行开发的柴油机瞬态工况控制系统及排气采集装置,对小型柴油机突增负荷工况下的燃烧及HC 排放特性进行了实验研究,利用气相色谱仪分析了HC排放成分.设计了不同参数的燃烧室,研究了不同压缩比(13～19)和燃烧室形状对柴油机燃烧及HC排放的影响.研究结果表明,同一燃烧室在突增负荷工况,燃油开始增加后,THC排放量急剧增加,最大值达到稳态工况的100倍.随循环数的增加,滞燃期缩短,HC排放逐渐减少.HC 排放成分中LHC占有很大比例,其中乙烯和丙烯最多.随压缩比的降低,滞燃期延长,HC排放明显增加.压缩比相同时适当缩小燃烧室直径,有助于降低HC排放.关键词:柴油机;突增负荷;燃烧室;燃烧;排放中图分类号:TK421.5 文献标志码:A 文章编号:1006-8740(2005)04-0336-05E ffects of Co mbustion Cha mber Para m eters on Co mbustion and HC Em issions ofa S m all D iesel Engine at Sudden Load-up O perating Cond itionsSUN W an-chen1,LI U Zhong-chang1,LI U Xun-j u n1,M i y a m o to N obo r u2,Oga w a H ir oyuki2,K a w abe Takao2(1.D epart m ent of Interna l Co m bustion Eng i ne,Jili n Un i ve rsit y,Changchun130025,China;2.D epa rt m an t o f Enginee ri ng,H oka i do Un i ve rsit y,Saapo ro060-8628,Japan)Ab stract:The combusti on and HC em issions a t s udden l oad-up ope ra ting conditi ons we re inve sti ga ted on a s m a ll diese l en-gine under differen t combusti on cha m be r pa rame tersw ith a hom e-m ade transi ent ope ra tion con tro l and exhaustm eas u re m ent sy ste m.HC e m issi ons components w ere ana l yzed by g as chro m a t og ra m.Effects o f differen t compression ra ti o s(13～19) and designed combustion chamber shapes on co m bustion and HC em issions we re st udied.Expe ri m en t a l results showed t hat by usi ng t he same cha m be r THC e m issions rap i d l y i ncreased unde r sudden load-up ope ra ting conditions,and t he peak ap-proxi m ate l y reached100ti m es of st eady operati ons.W it h t he i ncrea se of sa m pli ng cy cle ti m es,t he i gn ition de lay w as de-creased and HC e m issi ons w ere reduced.L HC espec iall y e t hene and propy lene w ere the m ajorit y co m ponents of HC e m is-sions.W it h t he dec rease o f comp ress ra tio,HC em issions w ere inc reased and the i gnition de lay w as p ro l onged.R educ i ng co m bustion cha m be r dia m e t e r w as propitious t o reduce HC e m issions under the sa m e co m pre ss ra tio.K ey w ord s:diese l engine;sudden l oad-up;co m bustion cha m be r;co m bustion;e m ission 随着人们环保意识的不断加强,世界各国针对车用柴油机的排放法规日益严格.以前的排放法规所规定的排放测试循环多是以稳态工况为主,作为车用发动机,其加速、减速、冷起动等转速和负荷急剧变化的瞬态过渡工况在发动机的运行中占有很大的比例[1～4],造成的环境污染更加严重.美国联邦车用柴油*收稿日期:2004-11-04. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50476007);国家重点基础研究发展规划(973)资助项目(2001CB209205);吉林省科技发展计划资助项目(20040512);教育部留学回国人员科研起动基金资助项目(2004-5278);吉林大学创新基金资助项目(200408). 作者简介:孙万臣(1968— ),男,博士,副教授;联系人:刘忠长,L i uzc@jl .机排气污染物测试方法从1984年起就开始采用瞬态循环.欧洲2000年1月开始实行的欧Ⅲ排放法规也增加了瞬态循环实验,从欧Ⅳ排放法规开始,全部采用ETC 瞬态循环.日本2005年开始实施的新长期法规也增加了过渡工况测试.因此,未来的排放法规将以控制瞬态工况下排气污染物为主,有必要深入研究柴油机瞬态工况下燃烧及排放随循环的变化规律,探索改善瞬态燃烧、降低排放的途径.由于瞬态工况的控制及排放的测量比较困难,目前详细的研究报道较少.笔者利用自行开发的柴油机过渡工况控制系统及排气采集装置,对柴油机突增负荷工况下的燃烧及排放特性进行了实验研究,利用气相色谱仪对HC 排放成分进行了分析,找到了一定的规律性,为进一步控制柴油机瞬态工况下的HC 排放奠定了基础.1 主要实验设备及排放控制方案1.1 实验发动机及燃烧室参数 实验采用日本洋马公司的NFD -13型单缸柴油机,其主要参数如表1所示.燃烧室形状及参数见图1和表2.采用2号柴油为燃料.表1 实验发动机主要技术参数类型标定功率/标定转速/kW /(r m i n -1)工作容积/L 压缩比进气方式缸径×冲程/(mm )喷油器四冲程单缸直喷式柴油机8.46/26000.63817.7自然吸气92×96Υ0.26mm ×4孔×150°图1 燃烧室形状表2 压缩比ε、燃烧室直径D 及深度H序号εD /m m H /m m 11354202165416319541341648201.2 燃油喷射量及排气采集装置的控制方案 为了模拟实际的发动机突增负荷状态,开发了喷油泵齿条的控制装置,通过控制与喷油泵齿条相连的压缩空气缸来控制燃油的喷射量.调整压缩空气缸的动作范围,可设定不同的当量比,通过循环计数器控制的电磁阀来调整压缩空气的供给,从而实现发动机燃油量的控制.实验转速为1300r /m i n 时,该控制装置从发动机低负荷稳态工况(当量比为0.2)调节到高负荷稳态工况(当量比为0.6)大约需要100m s 的时间,对应大约一个工作循环.燃料增加后,为了测定排气成分随循环的变化规律,制作了能够在任意时刻进行排气全量采集的装置,见图2.该装置由脉冲计数器、循环计数器、蝶形阀、采样袋及电磁阀等组成.脉冲计数器通过检测与喷油泵驱动轴相连的光电信号发生器输出的脉冲信号来实现对采样系统的控制,脉冲计数器的动作触发信号与循环计数器保持一致.燃料增加后,开始排气采样的循环及采样循环数事先通过脉冲计数器进行设定.当到达采样开始的循环设定值时,脉冲计数器使排气控制电磁阀动作,通过压缩空气关闭蝶形阀,切断排气管的排气通路,同时采样电磁阀打开,排气全量采集到采样袋中.从脉冲计数器发出触发信号到蝶形阀完全关闭排气管大约需要32m s ,可以满足排气采集的要求.经过设定的采样循环(本研究中设定为2循环)后,脉冲计数器使电磁阀断电,恢复原始状态,采样结束.通过以上的动作,可以在燃料增加后的任意时刻进行任意循环的排气全量采样.1—喷油泵;2—循环触发器;3—循环计数器;4—脉冲计数器;5—排气电磁阀;6—蝶形阀;7—采样电磁阀;8—采样袋;9—废气分析仪;10—真空泵图2 排气采集控制装置337 2005年8月 孙万臣等:燃烧室参数对小型柴油机突增负荷工况燃烧及HC 排放的影响1.3 HC排气成分的分析装置 为了深入分析突增负荷工况下HC的排气成分,应用气相色谱仪对采集到的气体进行分析,其中总碳氢(T HC)的分析用日本岛津公司的GC-9A型带FI D 检测器的气相色谱仪,色谱峰采用C-2RAX仪器处理.低沸点碳氢(L HC)的分析采用岛津公司的GC-14B型带FI D检测器的气相色谱仪,色谱峰采用C-R8A仪器处理.载气为高纯度的氮.1.4 缸内压力采集装置 缸内压力采用K I STLER公司的6061B型水冷式压力传感器测量,采集的压力信号经K I STLER公司5007型电荷放大器放大后,传输到数字示波器,通过A/D转换卡进行A/D转换后存储到计算机中.曲轴转角信号采用光电式转角检测器采集.测量瞬态缸内压力时,曲轴每1°CA采集1点,每循环共采集128点(从-60°CA ATDC到67°CA ATDC),共采集125循环.应用燃烧分析程序对采集的压力及曲轴转角数据进行计算,得到燃烧放热率、燃烧温度、指示热效率等.2 实验结果及分析2.1 不同压缩比下HC排放特性 对直径相同,压缩比ε分别为13、16、19的3种燃烧室(表2中1～3号燃烧室)进行突增负荷实验.实验时,冷却水温保持80℃,机油温度50℃,供油提前角为6°C A BTDC.转速恒定为1300r/m in,负荷由平均有效压力0.36MPa(对应当量比0.2)突然增大为0.6MPa(当量比0.6),负荷变化时间为100m s时, THC排放浓度随循环数N的变化规律如图3.其中横坐标代表循环数.(循环数10代表10和11两个循环的平均浓度).从图中可见,在所有的压缩比下,THC 浓度在燃油开始增加后急剧增加,其最大排放量达到低负荷稳态工况的100倍.随循环的增加逐渐降低,到1000循环以后基本达到稳定工况状态.随压缩比的降低,T HC排放增加更加明显,并且HC排放峰值所在的循环随压缩比的降低而推迟.压缩比提高到19时,其HC排放明显降低,但此时由于滞燃期缩短,扩散燃烧量增加,导致排气烟度增加[5].与压缩比19相比,HC 排放在压缩比为16时增加5倍,压缩比为13时增加近10倍.其原因主要是在低负荷稳态运转时,燃烧室壁面温度较低,突增的燃油较多地附着于燃烧室壁面,随着壁面温度增加而逐渐蒸发、热分解,作为HC成分排出.压缩比越低,燃烧室壁面温度越低,燃油喷雾附着于壁面的燃料量越多,同时壁面温度上升较慢,导致随压缩比降低T HC浓度增加.图3 不同压缩比时,突增负荷工况下的THC排放 图4为与图3相对应的THC排放中,作为燃料热分解产物的L HC随循环数N的变化规律.它们在THC 排放中占有很大的比例,且各种LHC成分的变化趋势与THC基本一致.低沸点成分中乙烯(C2H4)和丙烯(C3H6)的排放量最大,其次是乙炔(C2H2)、甲烷(CH4)、丁炔(C4H6)、苯(C6H6)等,其主要原因是附着于燃烧室壁面的燃油组分随温度的增加产生高温裂解、脱氢反应,结果大部分作为不饱和烃排出. 图5为不同压缩比下,突增负荷后缸内压力及放热率的变化.从图中可见,随压缩比降低,滞燃期增加.在所有的压缩比下,燃料开始增加后,随着循环的增加,滞燃期缩短,到100循环几乎与高负荷稳态工况没有差异,这种趋势随压缩比增加而更加明显.其主要原因是,燃料开始增加后,壁面温度逐渐升高,结果使着火延迟期缩短,着火始点提前.这进一步说明了HC排放浓度与燃烧室壁面温度相关联.2.2 不同燃烧室形状下HC的排放特性 图6表示压缩比为16,燃烧室直径及深度不同时,突增负荷工况HC排放成分的对比,这时冷却水温度为15℃,机油温度为30℃,供油提前角为6°CA BTDC.图7所示为两种燃烧室下HC排放成分的对比.从中可见,THC排放的变化趋势基本一致,燃烧室直径D=48mm时,与D=54mm相比,T HC峰值所在的循环较晚,T HC排放除燃料热分解产生的L HC以外降低约350︺0.同时,在各个循环排出的HC成分中除燃料热分解产生的L HC以外,作为燃料成分的高沸点HC(HHC)所占的比例很大,最大放热率下降,结果使预混合燃烧量减少,扩散燃烧份额增加,最终导致燃料热分解的HC成分减少,而作为燃料成分的HC排放增加.338燃 烧 科 学 与 技 术 第11卷第4期图4 不同压缩比时,突增负荷工况下LH C排放图5 不同压缩比时,突增负荷工况下示功图及放热率对比339 2005年8月 孙万臣等:燃烧室参数对小型柴油机突增负荷工况燃烧及HC 排放的影响图6 不同燃烧室形状时,突增负荷工况下TH C排放对比(a )D =48mm ,H =20mm(b )D =54mm ,H =16mm图7 不同燃烧室形状时,突增负荷工况下TH C 和LHC 排放对比3 结 论 (1)燃油开始增加后,T HC 排放浓度急剧增加,而随循环数的增加逐渐减少,经过1000循环左右,降低到与稳定工况相同的水平. (2)在突增负荷工况,随循环数的增加,滞燃期缩短,燃烧始点提前. (3)随着压缩比的降低,柴油机的滞燃期延长,突增负荷工况时,HC 排放明显增加. (4)在压缩比相同时,适当缩小燃烧室直径,有助于减小燃烧室面容比,降低HC 排放.参考文献:[1] 宮本 登.始動日寺にディーゼルエミッションの過渡特性[J ].日本機械学会論文集(B 編),2000,66(641):300—306.M iya m o t o N obo ru .T ransien t cha rac t e ristics of diese l e m is -sions during stading [J ].Tr ans actions of t he J apan Societ y of M echanica l Engineers (B ),2000,66(641):300—306(in Japane se ).[2] F uji mo to H.C o m bustion i n a s ma ll D I diese l [A ].In :SA EPaper [C ].1992,920697.[3] 金野 满.DM E 圧縮着火機関の未燃成分に関する研究[J ].日本機械学会論文集(B 編),2001,67(659):1849—1854.konno M itsuru .T he unburned e m issions from a C I eng ine op -e ra t ed w ith di me t hy l e t her [J ].Tr ans ati ons of the Jap an Soci -et y of M echanica l Engi neers (B ),2000,67(659):1849—1854(in Japanese ).[4] N obo ru M i y a m oto .Cy cle -t o -cyc l e transien t cha rac t e ristics ofdiese l em issions du ri ng sta rting [A ].In :SA E Paper [C ].1999,1999-01-3495.[5] 孙万臣,刘巽俊,宫本登,等.燃料挥发性对柴油机性能及排放的影响[J ].内燃机学报,2004,22(4):317—324.Sun W anchen ,L iu Xunj un ,M i y arnoto N obo ru ,et a.l Eeffects o f f ue l vo latilit y of pe rfo r mances and em issions of a diese l engine [J ].T r ans altio ns of CS I CE ,2004,22(4):317—324(i n Chine se ).340 燃 烧 科 学 与 技 术 第11卷第4期。
柴油发动机降噪试验研究
柴油发动机降噪试验研究通过对柴油机采取综合降噪措施后，发动机怠速及其他工况的噪声均有大幅度的明显降低，机号为1503936X的机器前后对比噪声差值在2dB 以上，户外裸机怠速噪声声功率级为87.30 dB。
在环境噪声为57～61（dB）时，发动机机舱周边1m 处前端、进气侧、排气侧的声压级测得分别为68.96、66.44、66.0（dB），处于较低的噪声区域，根据上述试验测试数据可以判断柴油机经改进后噪声已达到皮卡车同类机型的水平。
标签：柴油发动机;试验;声压级;噪声1 引言随着科技的进步，汽车行业得到飞速的发展，基于这种情况下，交通噪音也慢慢的得到大家的重视，汽车噪音给人们的生活带来了一些不良的影响，为了提高人们的生活质量，有效的控制汽车噪音的污染，交通运输行业有了一些新的趋势。
根据目前研究显示，发动机是汽车的噪声的主要来源，相比汽油机，柴油机的振动噪声更差，因此，降低发动机的噪声，特别是柴油机的噪声成为现如今研究的热点之一。
发动机降噪可以采用主动降噪、被动降噪、有源降噪等方法。
主动降噪可以采用改变结构的形状达到降噪的目的，被动降噪可以根据噪声产生的方式和传播的途径，使用吸声、消声、减振或者隔离的方法来减少噪声的产生和传播。
有源降噪就是利用电子线路和扩声设备产生与噪声的相位相反的声音──反声，来抵销原有的噪声而达到降噪目的的技术，也称为反声技术。
本文以1503937X型发动机为研究对象，用试验的方法对发动机采取一些综合降噪措施，经过改进后，通过实验数据的记录以及对实验结果的分析，观察采取的相关降噪措施是否能达到预期的效果。
经过本次试验研究表明，试验柴油机噪声已达到皮卡车同类机型的水平，达到了降低发动机噪声的目的。
2 实验条件2.1 实验依据：GB/T 1859—2000《往复式内燃机辐射的空气噪声测量工程法及简易法》和GB 14097—1999 《中小功率柴油机噪声限值》。
2.2 试验仪器仪表及设备2.3 试验环境条件：气温：35～40℃湿度48～74% 大气压力：94.2～94.8kPa2.4 试验用油：20W/CD50 柴油机机油0#柴油2.5 未装风扇，台架测试未装空气滤清器。
AVL燃烧分析仪去除燃烧噪声的研究 (1)
第 1期
岳常智等 : AVL 燃烧分析仪去除燃烧噪声的研 究
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据采集单元包 括 8 个 快速通 道和 16 个慢速 通道。 快速通道用于采集高频信号, 慢速通道用于采集低 频信号。信号放大器包括应变放大器、 石英放大器 和载荷放大器, 分别对应于应变传感器、 石英压力传 感器和进排气阀升程传感器的信号放大。根据需要 还 能对 数 据采 集 单元 和 信号 放 大器 的数 量 加 以 扩充。 1. 3 试验设备与仪器 图 1 所示为该试验设备 , 试验机采用四冲程直 喷式 1135 型柴油机, 四气门 , 喷油器中心正置 , 试验 中使用的主要测试仪器是 AVL620 燃烧分析仪。试 验机主要技术参数见表 1。
2
2. 1
减小误差的主要方案
减小误差的主要理论 本实验主要采取均值滤波 的方法, 对由通道效
应所产生的误差进行修正。 在测压通道内所用的误差均可以近似地认为是 高斯分布的白噪声。在去除噪声时大多选择线性平 滑滤波、 均值滤波、 中值滤波这三种方法。 线性平滑滤波器因易于设计和在多数场合的优 越性能而成为信号处理的重要手段, 尤其表现在信 号频谱和噪声 频谱具有 显著不同 特征的时 候。然 而, 在进行通道效应所产生的误差处理时, 经常要处 理具有陡峭边缘也即具有很宽频谱的信号 , 线性平 滑滤波器却在平滑噪声的同时也使图像边缘变得模
和处理之后的结果。 图 5 为不经滤波时放热率曲线 , 我们可以看出 , 这个放热率曲线锯齿很多, 误差十分大 , 基本属于错 误的曲线。
3
实验结果比较与分析
图 3 中锯齿较多的是原始 缸压曲线, 比较光滑 的是经过数字滤波模块处理之后的曲线, 可以看到 , 未经过任何处理的缸压曲线, 由于有通道效应的存 在, 使得曲线极不光顺, 用它来计算缸内其他数值误 差较大 , 而经过数字滤波处理之后的曲线变得较为 光滑 , 但是着火点不够明显, 还是存在较大误差。这 说明 , 在处理具有陡峭边缘也即具有很宽频谱的信 号时 , 数字滤波的效果不是很明显。
燃烧室设计对发动机性能的影响分析
燃烧室设计对发动机性能的影响分析燃烧室作为内燃机的重要组成部分，其设计的优劣直接影响着发动机的性能。
本文将对燃烧室设计对发动机性能的影响进行分析，探讨不同燃烧室设计参数对发动机性能的影响，以期为燃烧室设计提供一定的参考。
燃烧室设计参数对发动机性能的影响燃烧室设计参数包括燃烧室形状、大小、油气混合方式等。
这些参数的不同组合将直接影响发动机的功率、燃油消耗率、排放等性能指标。
燃烧室形状燃烧室的形状对发动机性能有很大的影响。
常见的燃烧室形状有球形、方形、圆柱形等。
研究表明，球形燃烧室可以提供更好的油气混合，提高燃烧效率，从而提高发动机的功率和燃油经济性。
燃烧室大小燃烧室的大小也是影响发动机性能的重要因素。
燃烧室过大，会导致燃烧延迟，降低发动机的功率和燃油经济性；燃烧室过小，则会导致燃烧不完全，增加排放。
因此，合理选择燃烧室大小对于提高发动机性能至关重要。
油气混合方式油气混合方式影响着燃烧的速率和效率。
常见的油气混合方式有预混合燃烧和边喷射燃烧。
预混合燃烧可以提供更好的燃烧速率，提高发动机的功率和燃油经济性；边喷射燃烧则可以提供更好的排放性能。
因此，选择合适的油气混合方式也是提高发动机性能的关键。
燃烧室设计对发动机性能有着重要的影响。
合理的燃烧室形状、大小和油气混合方式的选择，可以提高发动机的功率和燃油经济性，降低排放。
因此，在进行燃烧室设计时，需要充分考虑这些因素，以实现发动机性能的最优化。
这是整篇的内容，下一部分将继续深入分析燃烧室设计参数对发动机性能的影响。
燃烧室设计对发动机性能的详细影响分析燃烧室形状的影响不同的燃烧室形状对发动机性能的影响是显著的。
球形燃烧室由于其独特的几何形状，能够提供更好的油气混合，从而提高燃烧效率。
球形燃烧室的设计有助于减少燃烧延迟，增加燃烧速率，进而提高发动机的功率输出。
此外，球形燃烧室还能有效降低NOx排放，对于满足严格的排放标准具有重要意义。
另一方面，方形和圆柱形燃烧室在某些应用中可能更为合适。
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燃烧室结构对小型直喷式柴油机性能和燃烧噪声影响的试验研究@!!!!竺!!兰兰!!:空竺::!:::J二兰:卜燃烧室结构对小型直喷式柴油机性能.和燃烧嗓声影响的试验研究'一.江苏工学院姜哲赵晓丹郭骅….l_———'.—.一,:常J州柴油营!,下}千2罗,z/,~,●～一,-.要.;,:{'A直喷式柴油机的烧艇室大多濯用四叶∞开j,四方坊彤以覆圊彤等结构|l;式.毒文通过试验探讨7这些燃烧室对ZSI105型直喷式柴油机性能和燃烧噪声的影响. 四叶∞开j燃烧室与四方∞形燃烧生差剐不太.合理设计羽∞彩燃烧室牧口鼯袖,可刺嗣内部的挤压涡流来改菩燃烧条件,从而在推迟供i由提前南的情况卞,获得较好的性能,降低燃烧噪声配以改进型排气消声器.可使整机噪声明显埘晔坂关键词:柴油机燃烧室涡抗l前言近年来,国内小型单缸柴油机有从涡流塞分隔燃烧形式向直喷燃烧形式演变的趋势,不少厂家纷纷推出各种型号的直喷式柴油机,以满足市场追求大功率输出和低油耗指标的需要.然而,小型单缸柴油机噪声『口了题本来就比较严重,当改进成直喷式柴油机后,噪声问题就更加突出了.直喷式柴油机噪声的大小与影响燃烧的诸因素密切相关.改善空气与燃料的混合条件,鳙短滞燃期,降低气缸压力升高率,是降低燃烧噪声的有效途径.燃烧室结扮援计的展佳化,.改善燃烧条件,对燃烧过程韵影响是至关重要的.在追求高强度进气涡漉的同时,进一步开拓利甩燃烧室局部涡流来改善燃烧条件,使燃烧柔和,是设计燃烧室的基本思想之一.目前,比较成熟韵结构形式有四叶∞形燃烧室(I),四方0形燃烧室及圆∞收口形燃饶室∽(3]等.局部涡流的主要形式有两种:一种是依籁进气涡流而在燃烧室边角区域诱导出的局部微涡流,另一种是括塞向上止点运动形成的挤庄涡流.前者随着压缩行程的进展而衰减,后者却正好相反.在实际问题中,尤其是对于结构简单韵单缸柴油机,对促进燃油与空气的棍合,究竟是诱导出的局部镟涡流还是挤压涡溘更有效?本文将通过试验研究不同结构的燃烧室对性能以及燃烧噪声的影响.本文研究对象为常州柴油机厂生产的ZS1105型直喷式柴油机(1).该机是$195柴油机扩缸加直喷化变型产品,采用四叶叫嚣燃烧室,配有短螺毖进气道.'恢机脯蘸好的性能指标,但燃烧噪声比屠fS195型紫油机要高.J2燃烧鲎结构对性能的影响-提供.戚验的四种燃烧室分别如图1(a),'常州集油机r屠建元弃为民矾宪黑和吕蹦焙等参却了试验工作.:小垫内瓣机No.8(V o1.22)l口93(b),(c)和'd)所示,其中图l(a)四叶∞形燃烧室为ZS11o5型直喷柴油机采用的结构,(b)为四方.形燃烧室,(c)为收口圆D形燃烧室,(d)为收扩口圆0)形燃烧室.图l中各种燃烧室容积基本样,试验时气缸垫保持不变,故压缩比基本一致.ZS1105型直喷式柴油机标定转速2000r,,'min时输出功率为11kW,并可拓宽到转速2200r/m}n时输出功率为12.1kW.台架试验时先以原机四叶0)形燃烧室为基谁,调整供油提前角为最佳值,即]9.6..对比测量标定工况下四种燃烧室的性能,结果如表I和表2所列.四方形燃烧宝和四叶m形燃烧室设计意图是一样的,均希望在角边缘产生局部微涡流.尽管这两种燃烧室所产生的局部微涡流强度一样,但试验结果(表l和表2)圈l试验用四种直喷挠室结托(a)四叶∞形燃烧室;(b)四方∞形燃烧室;(c)收口艘∞形燃烧室I(d)收扩口圆∞形燃烧室表1标定工咒(11kW,20OOr/min)试验结果——\.燃烧室职l0)形凹方∞形收口圆∞形收扩口圊∞形比能测值～,\.油耗率(g/fkW,19))222.322o,8船7.3223.8烟度rBSu)1.31,61.91.8表2标定工'兄(12.IkW/22OOr/min)试验结果竺,形四方形艘.形…形性能铡值,,}1.'—■一■■——■———————————一一——————_T—————————T———一——…袖IS/(.h)i230723o.1242.J}23o.4————————————————————一———————————————}—————一…fBsu)厘I.7l,..l,0....-.........................L...................................一................................【.....................一表明:在试验条件下,四叶D形燃烧室和四流,特别在高速时明显地改善整机性能.ZS方∞形燃烧室的性能差别不大.事实上燃烧I105型柴油机采用短螺旋进气道,虽然具有室中的涡流强度主要取决千进气涡流,但茌一定强度的进气涡漉,但尚未增设强他措施t压缩行程中迅速衰减.若想在燃烧宣四角边故估计燃烧室内的局部檄涡流强度比较微缘诱导出一定强度的局部搬涡流,必须具备弱,加之标定转速也不高,所以在ZS1105足够强度的进气涡流;'据文献[1],四叶型柴油机上四叶∞形和四方0)形燃烧室显示形燃烧室配以由导气屏形成的强进气涡流,出有多少差异可往四角边缘区域诱导出较强的局部微祸收口圆0)形燃烧室所形成的挤压涡流l99年(第22卷)第丘期燃烧室结构对小型直喷式柴油机性能扣燃烧噪声影啊的试验研究39进气涡流关系不大.,缩小收日直径,增强挤压滑婉,但节诧损失随之增加.从上述试验结果可看出,牧日圆co形燃烧室性能较差,可耱正是由手节漉损失过大所致.但改变啦口结构,使乏成为睃扩H圆D形燃烧宦,仍可获得如同四叶0形燃烧室的性能.但应指出的是t收扩口圆形燃烧童挤压涡流与进气涡流相互作用,使燃烧室内产生较高的涡流,有和于促进燃油与空气的混岛,允许推迟供油提前角表3刊出了收扩罚圆∞形燃烧室改变供油援前角的,试验结果.由此可见,.收棼日圆形赢烧蜜的最售供油提前角比四叶凰∞形增烧鏖碱小2,.戥到l7.,何时发动机性能也得到改善更为有意义的是}由于收扩扫胃n形燃烧室挤压涡流酌作用,改善丁燃油与空气据台条件,推迟了供油,使燃烧柔和,降低了燃烧噪声和排放,适应了低燃饶噪声燃饶室结构表3收扩蜀-嘧.形燃烧室改变供油提前角的试验结果(油耗&g/(kW.h)j一—::::,{2200r,minl2.ikW20n0rraiv,tt~.W■供抽提前角6\I-, .!豳o-5kW19:('cA)I230.4.{223.,一222.5t7':5f'CA)一:.227.一.l21erl一,一219.1l一(.cAf{238?.{0:22O.B设评蝻毡势.3气缸压方频谱分析将气缸匪力信号从时域转变到频域,期进气獗措分析,可以使我们从另一个角度珊窥燃烧过程同哇雒更方便地讨论燃烧宣结构对燃烧噪声的影响.图2示出了测量气缸压力频谱的过程.压力传感器l安装征气缸盖上,伸入烧燃室内,并与气缸盖齐平,,侧取气缸压力信?‰信号经电荷放犬密2嵌l大,由磁带机}_记录,然后进计算机4处理,辅l出结果,得到气缸压力叛谱曲线.图3出了棕定工况(2000r/rain,11kW)时四叶∞形燃烧室气缸压力窄带频谱曲线.气缸压力频谱曲绞在额域上可分成低频,中额和高频三个部分低频域气缸压力频谱反映了大时问尺度描述气缸压力的宏观变化,与最高燃烧压力有关.大时问尺度采用发动机循环周期,r衡量,共倒数为低频离散频谱钓基额.随蓿额图2气缸压力频谱测试示意图1—吗:译感暴,旱一电荷放大器;I一磁带机4一计算机率瓯提高,.,赢阶j馨披娃置逐激变小,i低额谱的离敌特征消炎j压频谱进入中额范围.压力频谱呈连续谱由图3可见,低额范围约在25OHz以内,中,高频域反映了微时间R度气缸压力的瞬时变化,锟时问尺鹿-5燃小型雨啦机Na.6(V o1.22)19~烧过程持续的时间tc有关.在中频壤,气缸压力呈现出整体脉动性,与气缸压力升高率有关.气缸压力升高率越大,压力频谱成份越丰富,频谱曲线越乎坦,燃烧粗暴.在高频墟,气缸压力具有波动性,气缸难力频谱的峰值反映了燃烧室腔共振特性.在图3中约I900Hz处有一明显峰值,这正是腔共振所袭频率高千1900Hz时.频谱曲线便进入高频域.善,10dB一葛r-JI'JIk."r1,LA一,l矶1k蕞率(H图8圈竹∞形燃烧窒气缸压力镪窄带领诺曲线焱所周知,影响燃烧噪声最主要因素为气缸压力升高率,在频域上表现在频谱曲线的中赎域成份上,因为柴油机结构响应对巾额域成份最为敏感.,为了便于比较,我们采用1/3倍频程A计权气缸压力频谱,与常规噪声嗣!『量指标对应.鲁5dB一素出■r麓率(Hz)图心叶∞形和四方∞形燃烧室气缸压力级l/3频程频谱的E较圈4示出019.6.,2000r/,"min,11k时四叶∞形和四方∞形两种燃室气缸压力级lls倍频程频谱比较.图d所示的频谱曲线几乎重遮,表明四叶∞形和四方∞形燃烧室的最高燃烧压力和气缸压力升高率以及赡烧过程持续时间等燃烧过程参数相差无几,看不出燃烧室边缘区域局部涡流对燥}烧过程影响的差异.这与台架性能试验结果吻合.显然,当进气涡流不足以诱导出一定强度的局部微涡流时,仅靠改变燃烧室凸出边缘形状来改善燃烧是设有什么意义的.收扩口圆∞形燃烧室形成的挤压涡流弥补了进气涡流的不足,随压缩过程而增强,允许采用较小的供油提前角,燃烧较为柔和.圈5示出2000r/min,11kW时四叶∞形和收扩口圆∞形两种燃烧室气缸压力级l/3 倍频程频谱的比较.在低,中频境内,收扩口圆∞形燃烧室气缸压力频谱明显低于四叶∞形,前者的最高燃烧压力和压力升高率都小于后者.尤其是在中频域,收扩口圆∞形燃烧室更具优势,在柴油机结构响应的敏感频率范围内降低了燃烧激励力,因而可得到较低的燃烧噪声.因此,在进气涡流无特殊强化措施的情况下,用收扩口圆∞形燃烧室组织局部挤压涡流来改善烧燃过程,特别对降低燃烧噪声极为有利.:蕾35矗}基rlOO25063r)16004蕞奉(tlz)图5睡叶∞形(e=19.6')和收扩口∞(e=17,5.)气缸压力镪i/3倍频程频谱的比较图6示出了供油提前角对收扩口圆∞形燃烧室气缸压力级频谱的影响.随着供油姓】993年(第船卷)茸6:0j燃烧童对小型直喷式紫油机性能和燃烧噤r影j试验:4 前角的减小,最高燃烧压力和压力升高率都有所下降.如果仅从降低燃烧噪声的角度看,似乎应取较小的供油提前角.但过小舶供油提前角使燃烧过程推迟,影响柴油机的动力性和经济性降低燃烧噪声j提高柴油机经济性是矛盾的.综鲁性能吠验结_粜{rZS1[05型柴油机L,收扩口圃h]形燃烧窀取供油提前角1f.5:比较适宜我们.式验中,计图l所示的各种燃烧空结构,其气缸眶力频谱诬频率大约为1}:00HZ处都出现一个峰值(典型的如图3所示J.有趣的是尽管燃烧室结构形状各异,n当容积基本相时,腔共振颁率却差不多由此可推知,直喷式柴油机,腔共振卿'率与燃烧宅窖积有关,而与实际的儿何形状戈系k2j06ni6cnIk频率(Hz)叫62000r/miu,1tkW~,i供油提,:对收扩口圆∞形燃烧室气缸压力纨3愦程频谱影,嘲4整机噪声降低孔管阻尼和增大了消声器容积,将小孔阻尼吸声机理引进抗性消声器之中.改进后韵消声器其消声能力明显提高=在标定工况(2000r/min,f]kW)时,改进型消声器与原产-消声器相比,插入损失提高3dB(A):政进型消声器与收扩口圆.)形燃烧室相配合,对魑机噪声有明显改善.测量整机噪声功率级是在努过嗳声处理蜘大房『Hj中进行的,采用双表面声率洲茸法,房修正常数为1dBtAJ.量结粜表蛐:_标定工况下,改进型消声器收扩口圆u形燃烧室配台原产品消声器与四jC形燃烧室配合相比,整机噪声声功率级降低lrBfA)左右,降低后整机噪声声功率级为l06.8dB (A),在国家规定标准范围以内.整机噪声降低的效果显然与排气噪声和燃烧噪声的降低有关.改进型消声器不仅有效地控制了排气噪声,同肘_义抑制了燃烧噪声.图7示出收扩口圆0形燃烧室在标定工况下,无消声器和装消声器时气缸压力级1/3 倍频程颤谱的比较.装改进型消声器后,(缸压力频谱[L中,高额范围内均有所下降,表明此时燃烧噪声又有所降低.这可能是由于排气消声器使排气背压稍有增加所致.适当增加排气背压,降低排气过程中气缸压力与排气管中的压力差,既能抑制燃烧噪声叉能抑带4排气噪声的辆削:zs1105型柴油机是S195柴油机的改进宝产品,由于扩大了缸径,变涡流室式吩隔燃3 烧室为直喷式燃烧室,使得柴油机排气噪声' 和燃烧噪声增大.排气噪声与柴油机排量以杀及排气过程中气缸与排气管的力羞等因素函有关.采用收扩日圆∞形燃烧室对挖制燃烧噪声是有效的.为控制排气噪声.我们对原产品消声器进行了改进,适当增加消声器内部穿图7无消声器和装改进型消声器时气缸压力级I/3倍颊程额谱的比转小型内燃机No.6(V o1.22)1993应该指出:改进型消声器对柴油机经济性的响影不明显实际测量表明,改进型消声器与原消声器相比燃油消耗率仅增加约2g(kW?h).5结柬语增加燃烧室中涡流强度,可改善燃烧条件,加速燃油与空气的混合.增加燃烧室中的涡流强度,除依赖进气涡流的帮助外还可利用不同燃烧室结构所产生的局部微涡流和挤压涡流.目前国内的单缸直喷式柴油机t大多是从分膈式燃烧室演变过来的,受传统的结构限制,进气涡流强度有限,在压缩干亍程中由进气涡流诱导出的局部微涡流的作用不如挤压涡流的明显.试验表明,进一步改进燃烧室形状,试图增大进气涡流强度污导局部微涡流的作法已没有意义.相比之下,采用收扩口圆∞形燃烧室,组织挤压涡流,以弥补进气涡流强度的不足,可获得较好效果.利用收扩口圆∞形燃烧室挤压涡流的作用,采爱较小的供油提前角,使燃烧柔和,降低燃烧噪声,并仍可获得令人满意的动力性和经济性.收扩口圆∞形燃烧室是一种适合我国国情的低燃烧噪声燃烧室?收口圆∞形烧室配以改进型消声器后,进一步降低了燃烧噪声,取得了良好的降噪效果.参考文献1JanePAH,BrearF.低噪声.排故与机械负荷的直喷式柴油机燃烧系统的开发,国外内燃机,1989(6)2YtanxianZhueta1.ASttltYonaNewCernbl:stionSyEtfrnferDIDigeel-CSCSSys'em.FAEPaper8804293TakeshiSaito(ta】.Effe~tsofC0m—stionC1-amlzerCecmetryonD~esc1Combv~tion,SAEPaper8611864卞文昌.ZS1105/ZS1105-1直喷式柴油机研制开发.柴油机,1992(5)5姜哲,郭骅.内燃机气缸压力频谮分析.内燃机,】989(3)(收稿日期:】993.07.12)"二冲程油评定中心"正式成立中国石油化工总公司,机械工业部油品协委会二冲程油评定中心于1993年11月18日正成立.11月j8日由机械工业部,中国石油化工总公司,中国石化销售公司领导同志,天津大学舒副校长及各单位代表参加的命名揭幕仪式存天津内燃机研究所举行.会上备都领导同志及各单位代表讲了话,指明该巾心的成立是关系到我I二冲程汽油机油的研制,生产,应用畴人国际先进行列的大事,是国内二冲程油的生产,研制及质量管理的中心.会上通过了"中心管理与工作条例",宦读中心的命名.该中心可以承担三种国产型号的二冲程汽油机油符台国家标准的台架程序评定;美目NMMA～TCwⅡ超级水冷二冲程油的评定}日本JASO方法风冷二冲程油的评定.该中心的评定技术力求同庳际标准接轨,接受巨内外油样的评定.同时还可以承枢选油,用油的发动机性能验证,认ⅡT试验油品台架评定的仲裁,抽检,例检试验等.(下转第62页)。