科技成果-常州江蘇大學工程技術(shù)研究院

高壓燃油噴射空化噴霧理論與關(guān)鍵技術(shù)及應用

發(fā)動機屬于《中國制造2025》的重點領(lǐng)域，節(jié)能減排是該戰(zhàn)略的核心支撐點，打造高效清潔的“中國芯”發(fā)動機，對提升核心競爭力和應對嚴苛的油耗和排放法規(guī)至關(guān)重要。以現(xiàn)代發(fā)動機的“心臟”——高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)為核心的噴霧強化技術(shù)是研發(fā)新一代近零排放發(fā)動機及清潔替代燃料發(fā)動機的關(guān)鍵，進而也是國際研究熱點。但高壓噴射引起噴油嘴內(nèi)部流動復雜多變，為噴霧精準控制及噴霧強化帶來極大的研發(fā)挑戰(zhàn)，存在小負荷噴霧差、噴油規(guī)律波動大、燃燒匹配不理想、替代燃料噴射適應性差等技術(shù)瓶頸，顯著影響發(fā)動機油耗和排放性能，當前主要面臨三大國際難題：高壓噴嘴內(nèi)流機理與控制、噴霧強化及燃燒匹配、替代燃料噴射適應性。針對上述難題，經(jīng)過十多年攻關(guān)，取得如下創(chuàng)新性成果：（1）空化噴霧理論創(chuàng)新：發(fā)明了高壓燃油噴射空化內(nèi)流可視化測試技術(shù)，攻克了小尺度噴嘴高雷諾數(shù)強瞬態(tài)內(nèi)流空化測試國際難題；首次發(fā)現(xiàn)并揭示了漩渦誘導氣核析出穩(wěn)定匯聚漩渦中心低壓區(qū)的渦線空化發(fā)生新機制，提出了燃油噴射渦線空化誘導中空噴霧新理論，構(gòu)建了引入氣核匯聚效應的新型渦線空化模型；發(fā)明了基于消光法的噴霧燃燒與排放聯(lián)合測量技術(shù)，建立了高壓燃油噴射內(nèi)流、噴霧與燃燒的全耦合模型，奠定了高壓燃油噴射噴嘴內(nèi)流噴霧控制與噴霧燃燒技術(shù)的重要基石。（2）強化噴霧技術(shù)突破：基于內(nèi)流空化噴霧新理論，提出了耦合針閥升程的噴油嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計新方法，發(fā)明了燃油噴射渦線空化誘導中空噴霧技術(shù)，實現(xiàn)了噴嘴內(nèi)流空化控制與噴霧強化，小負荷噴霧錐角達40~50°，提高2倍以上；發(fā)明了新型增壓式共軌噴射系統(tǒng)，創(chuàng)新了高壓燃油噴嘴結(jié)構(gòu)，噴射壓力達到180MPa以上，額定點噴油量偏差±2%，解決了噴油規(guī)律波動大、匹配性差的難題；發(fā)明了柴油微引燃/天然氣雙燃料噴射系統(tǒng)，開發(fā)了生物柴油/汽油混合噴射渦線空化強化技術(shù)，有效解決了替代燃料替代率低與噴射適應性問題。（3）工程應用效果顯著：與合作單位聯(lián)合研發(fā)了國內(nèi)首臺滿足TierⅢ排放標準的柴油引燃/天然氣雙燃料發(fā)動機，額定工況天然氣替代率從75%提升至95%；在國內(nèi)率先研制了增壓式高壓共軌噴射系統(tǒng)，使國四非道路柴油機NOx排放1.70g/(kW·h)、PM排放0.25g/(kW·h)，顯著低于排放限值5.5g/(kW·h)和0.6g/(kW·h)；研發(fā)的國內(nèi)首臺二代生物柴油/汽油發(fā)動機，其熱效率與國內(nèi)汽油機相比提高了32%。基于以上創(chuàng)新成果，形成了高壓燃油噴射空化噴霧理論與關(guān)鍵技術(shù)，獲得專利30件，出版專著1部，發(fā)表主要論文60余篇，完成的1項國家自然科學基金項目結(jié)題被評為“優(yōu)+”。項目完成人受邀在噴霧領(lǐng)域國際頂級學術(shù)會議上作大會報告10余次，經(jīng)同行專家鑒定：“高壓燃油噴射渦線空化強化噴霧技術(shù)達到了國際領(lǐng)先水平”、“噴嘴內(nèi)部空穴流動特性和CAV-ELSA噴霧模型方面的研究達到國際先進水平”、“雙燃料發(fā)動機領(lǐng)域的研究總體達到國際先進水平”。成果應用于中國一汽等多家發(fā)動機龍頭企業(yè)，新增總產(chǎn)值達74.967億元，利潤7.371億元，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，引領(lǐng)了我國發(fā)動機燃油噴射技術(shù)的進步，大幅提升了國際競爭力。

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