0　概述

随着排放法规日趋严苛，柴油机开发者越来越重视发动机节能减排，燃烧系统的优化是节能减排的重要途径之一。燃烧室形状直接影响直喷式柴油机缸内油气混合过程，对柴油机性能和排放有非常重要的影响[1-3]，因此燃烧室形状的优化在柴油机燃烧系统开发中至关重要。本文基于AVL FIRE软件对比了6组燃烧室关键特征对柴油机经济性和排放的影响，并设计了燃烧室优化方案，详细分析了燃烧室优化方案性能与排放表现的优势及其产生的原因。最后通过发动机台架试验，验证了燃烧室优化方案的经济性和排放特性。

根据上述维修集约范式构成要素的定义，通过对国内各主要城市地铁公司的调研和相关报道的分析，可以发现，我国城市轨道交通车辆维修集约范式存在多种形式。

1　计算模型建立

研究对象是一台直列6缸、4气门、增压中冷的车用直喷式柴油机，具体参数如表1所示。

希尔顿酒店在中国游客入住前准备好中文欢迎信，并免费提供茉莉花茶和中文频道，酒店自助餐内还有粥、油条、豆浆等中国食物。丽思卡尔顿酒店在酒店内设了医院，为中国游客提供医疗服务。同时，酒店员工身着传统韩服，在大堂为中国游客推荐旅游景点，并向中国游客免费赠送首尔市内免税店的优惠券。喜来登首尔多客福城市酒店特别新增了红色婚礼装饰，为来韩拍摄婚纱照及举办婚礼的中国客人提供贴心服务。

 

表1　发动机结构参数

  

项目参数缸径/mm×行程/mm108×120排量/L6.6标定功率/kW192最大转矩/(N·m)1050压缩比17.5喷孔数8喷雾锥角/(°)150涡流比1.4

利用AVL FIRE软件建立了三维计算网格模型，其中包括进排气道、气门、气门座和燃烧室等结构。网格主尺寸为1.00 mm，在尺度较小的区域进行了细化，细化尺寸为0.25 mm。由于计算网格没有考虑某些区域的容积(如第一道活塞环以上的容积)，为了保证压缩比与真实情况一致，在燃烧室外侧加入了补偿容积。

本次研究主要计算工况为A转速100%负荷工况(以下简称A100工况)，计算从进气门开启时刻开始，到排气门开启时刻结束。进口选取流量边界条件，出口采用静压边界条件，燃烧室壁面、缸盖下表面、气道表面、气门、气门座均采用壁面边界条件，并设置定壁面温度。进口流量和出口压力及初始条件取值均来自于发动机一维热力学模型的计算结果。

3.营销因素。随着互联网技术的广泛应用，大数据和信息技术逐渐融入现代大豆产品的营销过程中。大豆的营销应充分利用互联网的信息资源，推进互联网管理模式，构建大豆公共服务平台，进一步利用无线射频识别技术，物联网等高科技技术，推广到大豆的生产和营销当中，逐步建立大豆质量安全体系，将大豆的生产和管理以及营销进行进一步的细化，并进行大豆的信息管理，实现大豆从农地到餐桌全过程的可追溯性，从而改善大豆营销能力。

综上可知，优化方案促进了缸内燃油与空气间的混合效果，有效提升了缸内空气的利用率，缩短了燃烧持续期，提升了燃烧热效率，从而提高了发动机的燃油经济性。上述研究是基于A100工况进行的，为讨论燃烧室优化方案在发动机部分负荷工况的性能和排放情况，还开展了A转速25%负荷工况(以下简称A25工况)的仿真研究工作。研究结果显示，相比原方案，优化方案在A25工况比油耗降低了2.8 g/(kW·h)，NOx排放也降低了约5.0%，同时碳烟排放水平相当，如表5所示。

参考文献：

NOx的计算选取了扩展的Zeldovich模型[8-9]。

(1) 燃烧室的唇口斜切特征和中间台阶特征具有改善所研究柴油机的经济性的潜力。

图1为A100工况仿真和试验的缸压曲线对比。由图1可知，仿真值与试验值具有良好的吻合度：试验测试燃烧压力最大值为17.17 MPa，仿真值为17.16 MPa；对应的曲轴转角试验值和仿真值均为730°。这表明标定的模型能够准确地描述缸内燃烧过程，可用于开展后续的研究工作。

  

图1　缸内压力曲线试验值与仿真值对比

2　研究结果及分析

2.1　燃烧室关键特征的影响

在原机燃烧室的基础上，通过逐一添加不同燃烧室关键特征的方法设计新型燃烧室方案，并开展方案对比研究工作。评估标准是提高燃油经济性同时NOx的排放相比原燃烧室增加量不超过20%。在燃烧室设计过程中，对符合此标准的关键特征予以保留，否则予以剔除。

燃烧室关键特征组合的研究顺序如表2所示。研究的燃烧室关键特征包括唇口斜切、过渡圆、缩口、中间台阶及环状、海浪台阶共6种。各特征示意图如图2所示。6种特征组合计算得到的比油耗和NOx排放变化结果如图3所示。图中结果表明，与原燃烧室相比，组合1添加的唇口斜切特征能够在几乎不增加NOx排放的情况下降低油耗，因此斜切特征被一直保留着。特征组合2的结果表明，添加过渡圆特征不利于油耗的改善，还会增加NOx排放，所以后续的特征组合中不再包括过渡圆特征。特征组合3与组合4的结果显示，添加缩口特征能够在斜切特征的基础上进一步降低油耗，同时引起NOx排放增加，但环状特征对于油耗与排放基本无影响。特征组合5和组合6中都引入了中间台阶特征。由于中间台阶特征与缩口特征不能共存，所以研究中间台阶特征时剔除了缩口特征。特征组合5和组合6的计算结果表明，添加中间台阶特征有利于油耗降低，而海浪台阶特征使得油耗有所增加。

 

表2　燃烧室关键特征组合

  

组合唇口斜切过渡圆缩口环状中间台阶海浪台阶1√2√√3√√4√√√5√√6√√√

  

图2　燃烧室关键特征示意图

  

图3　关键特征变化对比油耗和NOx排放的影响

综上所述，特征组合5燃烧室方案即具有唇口斜切和中间台阶两个特征的方案经济性最优，且NOx排放增加量小于20%，选其为燃烧室优化方案。优化方案型线如图4所示，优化方案与原燃烧室压缩比一致。

  

图4　燃烧室优化方案与燃烧室原方案型线对比

2.2　燃烧室优化方案计算结果分析

25层酒店客房低区生活水箱有2种作用，供水至酒店低区用水点兼酒店高区中途转输水箱。根据水规的要求：由水泵联动提升进水的水箱的生活用水调节容积，不宜小于最大用水时水量的50%，生活用水中途转输水箱的转输调节容积宜取转输水泵5～10min的流量等规定，该水箱容积需按酒店客房低区最大时用水量的50%和酒店高区水泵10min转输用水量之和确定。

气体流动计算需要选取质量守恒方程、动量方程、能量方程、组分方程，由于内燃机工作过程是复杂而又强烈瞬变的湍流过程，选用了k-ε湍流模型描述缸内湍流的影响[4-5]。

脱贫攻坚，资金是关键。赣州市财政部门紧扣脱贫攻坚任务，发挥政府投入主体和主导作用，为全市脱贫攻坚提供了有力的资金保障。

  

图5　燃烧室优化方案与原燃烧室性能曲线对比

燃烧速度加快具体表现为缸内压力与燃烧后期放热率的增加。缸压增加意味着对外做功能力增强，即新燃烧室方案的经济性较原方案有所改善，指示比油耗降低了约3.8 g/(kW·h)，如表3所示。

 

表3　燃烧室模拟计算性能指标对比

  

燃烧室比油耗/(g·(kW·h)-1)NOx排放/(g·(kW·h)-1)碳烟排放/10-6原燃烧室205.513.56.7优化燃烧室201.715.71.4

燃烧后期放热率增加将缩短燃烧持续期。表4列出了5%累积放热量对应的角度(CA5)、燃烧重心(CA50)及90%累积放热量对应的角度(CA90)的计算结果。可以看出，燃烧室优化方案的CA5和CA50与原燃烧室的一致，说明两者燃烧前期速度基本相同，而优化方案的CA90角度提前了2.4°曲轴转角，即其燃烧后期速度加快，燃烧持续期相对缩短。由于燃烧后期速度加快，优化方案在740°之后的高温区比例会增加(缸内燃烧温度高于2 500 K的容积所占比例)。根据排放物的生成条件，优化方案的NOx排放会增加，而碳烟因被更快地氧化掉而大幅减少。从表3可以看到，优化方案NOx排放升高了16%，而碳烟排放降低了79%。

 

表4　燃烧室放热率仿真结果对比

  

燃烧室CA5/(°)CA50/(°)CA90/(°)原燃烧室719.8731.4753.4优化燃烧室719.8731.4751.0

当量比分布可以直接反映缸内油气混合的情况。图6为燃烧室原方案和优化方案在不同曲轴转角的当量比切片对比。可以看到，在曲轴转角730°时，优化方案的浓混合气已经出现了明显的向燃烧室死区位置扩散的现象，且在曲轴转角740°时这种扩散现象更加明显，这有利于死区位置空气的利用。另外，优化方案燃油更容易达到中心区域，相同曲轴转角时，优化方案中心区域的当量比明显高于原燃烧室(但低于1)，所以优化方案在中心区域的油气混合优于原方案。

  

图6　优化方案与原方案当量比分布对比

原燃烧室在730°曲轴转角时喉口位置出现了明显的燃油蒸气聚集的现象，该现象一直持续到750°，说明燃油一直未能充分扩散到死区位置，不利于死区空气的利用；而喉口区域的燃油过浓也不利于该区域的燃烧，还会增加碳烟排放。

图5为燃烧室优化方案与原方案各个性能参数的对比结果，其中气缸压缩上止点为720°曲轴转角。燃烧室优化方案与原方案在740°曲轴转角前性能接近，在740°曲轴转角以后，优化方案改善了燃油与空气的混合，提升了空气利用率，加速了后期燃烧速度。此处空气利用率表示当量比在0.7～1.2间的区域体积所占比例，当量比定义为过量空气系数的倒数，其值越大代表燃油蒸气浓度越高。

喷雾过程包含初始破碎、二次破碎、蒸发、碰壁、湍流扩散等诸多复杂的子过程，每个子过程都需要专门的计算模型予以描述[6]。其中初始破碎模型需要由喷油器内的流动计算结果提供边界条件，在缺乏喷油器具体内部结构尺寸的情况下暂不予考虑。最终喷雾模型的建立考虑了二次破碎、蒸发、碰壁、湍流扩散等过程。

 

表5　燃烧室性能指标对比

  

燃烧室比油耗/(g·(kW·h)-1)NOx排放/(g·(kW·h)-1)碳烟排放/(g·(kW·h)-1)原燃烧室229.412.21.6优化燃烧室226.611.61.1

从放热率曲线(图7)可知，燃烧室原方案和优化方案的放热情况基本一致，而优化方案的壁面传热量小于原方案，因此优化方案的经济性更好。图中原燃烧室方案高温区比例更大，说明原燃烧室燃烧区域更集中，局部温度更高，因此NOx生成量也比较高。

  

图7　A25工况燃烧室方案性能曲线对比

为找到燃烧室优化方案传热损失减小的原因，截取725°曲轴转角时两燃烧室碗底速度分布图进行对比，如图8所示。优化方案的燃烧室碗底速度明显小于原方案，这是其传热损失较少的主要原因。

可以设想，在不断地完善的医院的内部控制中，未来还与其他系统集成，延伸到成果管理，完善科研资金的绩效评估。加强对科研成果中专利权等无形资产的管理，确保其产权归属清晰，保障国有资产完整。

  

图8　优化方案与原方案725°曲轴转角时速度分布对比

3　燃烧室优化方案试验验证

保持所有边界条件不变，开展燃烧室原方案和优化方案的发动机台架试验研究工作。图9为两个燃烧室方案外特性试验结果的对比。经济性上，优化方案的外特性油耗平均比原方案的低约2.0 g/(kW·h)；高转速时燃烧室优化方案的NOx比排放量较低，而在中低转速时原方案的NOx比排放较低。在A100工况，优化方案比油耗降低了2.1 g/(kW·h)，NOx排放增加了0.7 g/(kW·h)，与仿真结果趋势一致。另外，优化方案1 300 r/min～1 900 r/min中低转速外特性的涡前温度平均比原方案低约10.0 ℃，其他转速优化方案与原方案涡前温度相当。在A100工况，优化方案涡前温度平均比原方案的低8.1 ℃，这说明优化燃烧室在该工况燃烧速度加快，使涡前温度降低。根据试验测试的缸内压力计算得到放热率曲线，并统计了CA90时刻的数据(将原燃烧室CA90作为基准时刻0)。结果表明优化方案相对原方案，整个外特性的CA90角度均有所提前，即燃烧室优化方案加速了后期燃烧过程。在A100工况优化方案CA90相比原方案提前了1.4°曲轴转角，进一步说明了仿真结果的正确性。

  

图9　发动机台架试验结果对比

表6为ESC测试循环试验结果。优化方案的NOx比和颗粒(PM)排放值与原方案处在同一水平，加权比油耗降低了2.2 g/(kW·h)。从图10中ESC各工况的对比可知，优化燃烧室各个ESC工况的经济性都要优于原燃烧室；高负荷工况下优化燃烧室的NOx排放较高，而低负荷工况下的NOx排放较低。以计算的A25工况为例，原燃烧室NOx排放为12.2 g/(kW·h)，而优化燃烧室为11.4 g/(kW·h)。因此，高负荷与低负荷工况NOx加权平均以后，原燃烧室和优化燃烧室的加权NOx比排放水平基本相当。

 

表6　ESC试验结果对比

  

燃烧室排放/(g·(kW·h)-1)NOxPM加权比油耗/(g·(kW·h)-1)原燃烧室9.860.012210.4优化燃烧室9.910.011208.2

  

图10　不同燃烧室方案ESC试验结果对比

综上所述，优化方案外特性油耗相比原方案平均降低了约2.0 g/(kW·h)，但NOx排放有所增加；在ESC试验中，优化方案在加权NOx排放和PM排放基本相当的情况下，加权比油耗降低了2.2 g/(kW·h)。

4　结论

气缸最高燃烧压力曲线直接反映了发动机的缸内燃烧过程，是表征发动机燃烧与排放特性的重要指标，所以将其作为验证计算模型准确性的依据。

本组试验选取的数据为排水管壁试样直径d=100 mm条件下，3种土体分别在3种水力梯度下的试验结果(如图4所示)。图4显示：在试样面积、土体类型一致的条件下，与水力梯度i=6相比，水力梯度i=8时稳定梯度比Gr值增长了9%～15%，与水力梯度i=6相比，水力梯度i=10时稳定梯度比Gr值增长了24%～27%，稳定梯度比Gr值随着水力梯度的增大而增大。

(2) 在原燃烧室的基础上，通过引入唇口斜切特征和中间台阶特征设计出了燃烧室优化方案。研究发现，A100工况优化方案改善了当量比分布并提高了空气利用率，而A25工况优化方案燃烧室碗底壁面传热损失更小。

拉枝是提高果树花芽分化和座果率主要措施。224团苹果苗木采取矮化中间砧，通过拉枝，开张枝条角度，缓和生长，第二年就能形成花芽，第三年开花结果。自然生草环境条件优于行间清耕和间作小麦，成花株数和成花率明显多于行间清耕和间作小麦。

(3) 利用发动机台架试验对优化方案进行验证，结果表明燃烧室优化方案在外特性工况和ESC测试工况经济性均优于原燃烧室，且ESC加权NOx比排放与原燃烧室基本相当。

“如果是这样的话，85%中真正的中低收入群体怎么办？”刘克崮认为，应该宽税基、低税率、简税制、严征管，首先应最大限度扩大纳税人范围，在此基础上，通过税率的降低和税制的简化，减免一部分纳税人的税负，由于更多的人进入到纳税人的行列，就可以享受专项附加扣除等优惠政策，“这样才能体现税收的公平！”

燃烧计算时采用的是拟序火焰模型(Coherent Flamelet Model)的子模型ECFM-3Z模型。拟序火焰模型采用火焰面密度的方法描述火焰发展过程，火焰面密度可理解为单位体积内火焰面的面积[7]。

[1]　MONTAJIR R M，TSUNEMOTO H，ISHITANI H. A new combustion chamber concept for low emissions in small DI diesel engines[C/OL]. SAE Paper, 2001,2001-01-3263.[2001-10-01].http://papers.sae.org/2001-01-3263.

[2]　RISI A D，DONATEO T，LAFORGIA D.Optimization of the combustion chamber of direct injection diesel engines[C/OL]. SAE Paper, 2003,2003-01-1064.[2003-03-03].http://papers.sae.org/2003-01-1064.

[3]　焦运景,张惠明,田远,等.直喷式柴油机燃烧室几何形状对排放影响的多维数值模拟研究.内燃机工程,2007,28(4):11-15.

JIAO Y J, ZHANG H M, TIAN Y, et al. Multi-dimensional simulation of effect of combustion chamber geometry on emission in DI diesel engine[J].Chinese Internal Combustion Engine Engineering,2007,28(4):11-15.

[4]　HAN Z，REITZ R D.Turbulence modeling of internal combustion engines using RNG k-ε models[J].Combustion Science and Technology，1995，106(2):267-295.

[5]　陶文铨.数值传热学[M].2版.西安：西安交通大学出版社，2001.

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[7]　解茂昭.内燃机计算燃烧学[M].2版.大连：大连理工大学出版社，2005：195-200.

[8]　蒋德明.内燃机燃烧与排放学[M].西安：西安交通大学出版社，2001：521-522.

我敢说：有了这样的认识，这样的追求，这样的境界，这样的人生定力，那么我们就可以做到：不管风吹浪打，胜似闲庭信步。我们就可以做到：金刚不败，巍然屹立于世人群中。

[9]　MAGNUSSON I. Application of a detailed emission model for heavy duty diesel engine simulations[J].Oil&Gas Science and Technology，1999，154(2)：293-296.