基于两级高能点火和被动预燃室的高压缩比汽油机燃烧及排放特性研究

基于一台自然吸气缸内直喷汽油机,研究了高能点火、被动预燃室和两者结合对当量比和稀薄燃烧工况下燃烧与排放特性的影响。结果表明,高能点火结合被动预燃室,能够在小负荷工况下显著降低循环波动、缩短点火延迟期和燃烧持续期,两者效果相互叠加,能够进一步提高热效率。高能点火的被动预燃室可将稀燃极限由1.4小幅拓宽至1.5～1.6之间;在当量比工况,可使热效率相对提升最高达17.9%。而在大负荷工况下,高能点火结合普通火花塞或被动预燃室均对燃烧性能无明显提升作用。对于排放性能而言,高能点火对于排放性能的影响较小,而被动预燃室对排放影响更为显著;小负荷工况下,被动预燃室倾向于降低NOx排放;中大负荷工况下,被动预燃室倾向于增加NO_x排放;两种负荷下,受到火焰淬熄和燃油撞壁作用的影响,被动预燃室的HC排放相比普通火花塞均略有升高。     

新型复合含氧添加剂对柴油机燃烧特性的影响

分析了自行研制的新型复合含氧添加剂(记为FHYJ)的理化特性,在车用BJ493Q柴油机上进行了燃用FHYJ掺烧比例为9%的FHYJ—柴油混合燃料的试验,测量了缸内压力、压力升高率和放热率。比较和分析了燃用柴油和FHYJ—柴油混合燃料的燃烧特性,探讨了添加剂和混合燃料对柴油机滞燃期、预混合燃烧期、扩散燃烧期以及燃烧持续期等参数的影响。结果表明,在柴油机不作任何改动的前提下,掺烧FHYJ清洁燃料复合含氧添加剂,缸内压力、压力升高率和放热率在低负荷下均与原机基本相当,在中、高负荷有所下降,滞燃期、预混燃烧期均较原机延长,扩散燃烧期和燃烧持续期均较原机缩短,且其变化程度均随负荷的增大而增大。     

LPG／柴油双燃料发动机燃烧特性研究

利用燃烧分析仪测录示功图并进行放热规律分析，结果表明ＬＰＧ／柴油双燃料与纯柴油相比，小负荷时的最高燃烧压力及最高压力上升率较小，大负荷时的最高燃烧压力及最高压力上升率较大；滞燃期略长，最大放热率高，燃烧持续期短，依据这些特征正确地调整使用参数和组织燃烧过程，将柴油机进行简单改造后改燃ＬＰＧ／柴油双燃料可望得良好的效果。     

湍流射流点火燃烧特性的模拟研究

稀薄燃烧策略可以在提高燃料效率的同时减少污染物排放,而预燃室式湍流射流点火技术作为一种强点火方式能够有效提高燃烧稳定性.采用数值模拟手段对稀薄混合气湍流射流点火燃烧特性进行研究.结果 表明:在混合气过量空气系数(φa)为1.5的情况下,湍流射流点火相较传统火花塞点火最高燃烧压力提高66.4％,NOx排放相较当量比燃烧降...     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的燃烧特性

针对1台6缸增压中冷电控高压共轨柴油机,在不改变原柴油机结构和喷油参数的条件下,研究了生物柴油的掺混比例对发动机燃烧特性的影响。结果表明:小负荷时发动机有预喷射,随着生物柴油掺混比的增大,生物柴油-柴油混合燃料的滞燃期缩短、缸内最高燃烧压力下降,预喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值减小,且对应的相位提前;主喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值增大,且对应的相位后移。随着负荷的增大,发动机喷油策略改为单次喷射,随着生物柴油掺混比的增大,缸内最高燃烧压力下降,燃烧持续期缩短,压力升高率峰值略有增大,瞬时燃烧放热率峰值逐渐减小且对应的相位前移。两种不同负荷条件下,随着生物柴油掺混比的增大,混合燃料的指示热效率逐渐下降。     

天然抗氧化剂对生物柴油燃烧特性的影响研究

针对生物柴油氧化安定性较差的特点,在调和油B20中添加天然抗氧化剂,改善生物柴油的氧化安定性.通过发动机台架试验,测量了标定转速、不同负荷时,分别添加迷迭香与茶多酚两种抗氧化剂的生物柴油K1B20和K2B20的示功图,并与燃用柴油B0、生物柴油B100以及调和油B20进行对比,探讨了抗氧化剂对柴油机燃烧过程的影响.结果表明:低负荷时,与燃用B0相比,燃用B100的最高燃烧压力、最大压力升高率升高,瞬时放热率峰值降低,滞燃期缩短,燃烧持续期延长;与燃用B20相比,燃用K1B20和K2B20的压力曲线与瞬时放热率曲线形状以及燃烧特性参数基本相同.全负荷时,随生物柴油掺混比的增加,最高燃烧压力降低;燃用K1B20和K2B20的最高燃烧压力升高,对应的曲轴转角略有延迟,最大压力升高率峰值基本相同,对应曲轴转角延迟.燃用K1B20和K2B20对柴油机的输出功率影响不大,与B20相比,滞燃期与燃烧持续期略有缩短,排气温度有所降低.     

发动机燃用生物柴油对NO_x排放影响的试验研究

在一台涡轮增压直喷式柴油机上分别燃用生物柴油、掺混油和石化柴油进行试验,对滞燃期、燃烧始点、燃烧压力、燃烧温度、预混燃烧放热规律和扩散燃烧放热规律等燃烧参数对NOx排放的影响进行了研究。结果表明,随着燃料中生物柴油含量的增加,发动机滞燃期缩短,燃烧始点提前,最高燃烧压力增加,最高燃烧温度上升,预混燃烧累积放热率减小,扩散燃烧累积放热率增大;燃烧参数的变化是造成NOx排放升高的主要原因。     

单孔主动预燃室火焰射流机理研究

基于单孔主动预燃室，研究了火焰射流的形成机理。在圆形自由紊动射流理论的基础上，提出了单孔主动预燃室点火的火焰射流贯穿距随时间变化的经验公式。该经验公式可以通过射流锥角、预燃室喷口直径和射流在预燃室喷口处的初速度预测射流贯穿距。通过主动预燃室的定容燃烧弹试验和CONVERGE仿真验证，该经验公式所预测的射流贯穿距和反向求得的射流初速度与实测值吻合，最大相对误差分别为 6.92%和 5.82%。认为此公式能够正确预测单喷孔主动预燃室的射流贯穿距，对于优化预燃室结构以实现更高效地点火，继而提升内燃机的理论热效率具有参考意义。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油的燃烧特性

针对1台大排量电控高压共轨柴油机,在发动机结构和参数不作变动和调整的条件下,研究了5种不同生物柴油含量的混合燃料(B0,B10,B15,B20和B30)对发动机燃烧特性的影响。结果表明,随着燃料中生物柴油含量的增加,燃烧始点、燃烧终点、放热重心逐渐提前,滞燃期和燃烧持续期有所缩短,发动机的缸内最高燃烧压力和放热率峰值逐渐降低,所对应的相位逐渐提前。生物柴油含量对缸内最高燃烧压力影响较小,而对放热率峰值影响较大,在大负荷工况下对放热率的影响更加明显。     

预喷射对生物柴油发动机燃烧及排放特性影响研究

研究了不同预喷条件下满足国Ⅴ排放的高压共轨柴油机燃用混合燃料BD20（含80％体积分数的国Ⅴ柴油和20％体积分数的餐饮废油制生物柴油）的燃烧及排放特性。结果表明：采用预喷射后滞燃期有所缩短,燃烧持续期有所增大。相比于预喷间隔,预喷油量对滞燃期及燃烧持续期的影响更为显著;预喷射显著减小了主燃烧的压力升高率,改善了燃烧的剧烈程度,且低负荷取较小预喷间隔、高负荷取较大预喷间隔效果较优;采用预喷射后NO x 排放均有所降低,大部分预喷射条件下PM 排放有所增加,各负荷均存在着较佳预喷射方案,可以同时改善NO x 及PM 排放。     

基于定容燃烧弹的单孔主动预燃室几何参数对燃烧特性的影响研究

基于定容燃烧弹试验平台,采用燃烧可视化方法研究了预混式单孔主动预燃室的几何参数对预燃室点火特性的影响。在火焰发展初期的定压燃烧过程中,将从点火开始到火焰面积达到燃烧弹可视窗口面积一半所用的时间定义为初期火焰发展时间,作为衡量不同几何参数下主动预燃室点火效果的参考指标：在不同喷孔孔径（2.0～4.0 mm）、不同预燃室通道内径（3.0～5.5 mm）、不同下端开口角度（0°～75°）的试验条件下,初期火焰发展时间的最大差异分别为9.3 ms、6.8 ms、2.9 ms,最终得出3个几何参数对单孔主动预燃室点火效果的影响程度排序由大到小依次为喷孔孔径、预燃室通道内径、下端开口角度。     

M15甲醇柴油的燃烧过程及循环变动分析

通过增压中冷柴油机燃用M15甲醇柴油混合燃料的台架试验,研究了外部EGR对柴油机燃烧过程及循环变动的影响。结果表明:与燃用0号柴油比,原机燃用M15甲醇柴油工作柔和,循环波动小。低转速低负荷时宜采用小EGR率,滞燃期短,放热重心基本不变,循环波动小;中等负荷时可采用大EGR率,随着EGR率的增大,滞燃期延长,放热重心推后,最大燃烧压力循环变动率稍有上升,平均指示压力和最大压力升高率波动大幅降低。经相关性分析,低转速中低负荷下,滞燃期对循环波动影响较小,放热重心与最大压力升高率有着很好的线性关系。     

增压中冷柴油机燃用F-T柴油的燃烧特性

在4100QBZL柴油机上对比研究了0号柴油和F-T柴油的燃烧特性。通过对比发现,与燃用柴油相比,柴油机燃用F-T柴油具有如下燃烧特性:燃烧压力峰值较低,峰值出现相位滞后;压力升高率峰值显著降低,峰值出现相位提前;放热率峰值降低明显,峰值出现相位提前;燃烧温度峰值基本不变,但峰值出现相位滞后;滞燃期显著减小,预混合燃烧期增大,扩散燃烧期在低负荷时增大,高负荷时减小;预/扩燃烧系数和预/扩燃烧率均较低;有效热效率和燃油经济性有所提升。     

多次喷射对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

基于1台高压共轨涡轮增压柴油机,采用不同的预喷正时、预喷油量与后喷正时等,研究了多次喷射对燃烧放热、排放生成与燃油经济性的影响,以实现均质压燃和低温燃烧过程。研究结果表明:随预喷正时提前,缸内峰值压力降低,主燃阶段的滞燃期缩短,NOx和炭烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷阶段燃烧的放热率和最大压力升高率增大,NOx和HC排放增大,而PM和CO排放降低;随后喷始点推迟,缸内压力与主放热率峰值差异变小,NOx排放降低,但炭烟排放先增大后逐渐降低。     

废气再循环对高比例甲醇双燃料柴油机燃烧过程的影响

在4B26增压柴油机上,以进气管电控喷射的方式掺入甲醇,实现甲醇/柴油双燃料的燃烧。采用废气再循环技术拓宽高比例甲醇双燃料柴油机的工况范围,研究EGR对燃烧过程的影响规律。结果表明:适当的EGR率可以显著降低燃烧初期时的燃烧反应速度和加速度,缸内燃烧压力振荡明显减弱。随着EGR率的增加,甲醇/柴油预混合燃烧量减少,滞燃期缩短,燃烧持续期延长,燃烧最高温度降低;原甲醇/柴油双燃料燃烧放热以预混放热为主;引入EGR后,预混放热量减少,扩散放热量增加。随着EGR率的增加,放热率峰值降低;在相同工况下,保持掺混48%甲醇不变时,甲醇/柴油双燃料发动机的指示热效率随EGR率的增加而降低。     

基于喷射正时的柴油机燃烧和排放研究

基于集成电控单体泵柴油机,讨论了喷射正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。喷射正时对滞燃期和速燃期有显著的影响,从而影响放热规律、缸内压力和燃烧温度,进而对NOx和PM排放特性有显著的影响。在中大负荷下,随着喷射正时的滞后,放热率曲线相对于上止点的相位滞后,缸内最高燃烧温度下降,NOx排放下降,PM排放升高。在中小负荷下,随着喷射正时的进一步滞后,NOx和PM的排放同时下降。     

基于柴油机排气热管理的喷油策略控制试验研究

为有效满足柴油机中低转速、中小负荷工况下颗粒捕集器(DPF)主动再生时的工作温度需求,利用发动机台架试验研究了中低负荷稳态工况下主喷正时、近后喷及次后喷参数等排气热管理主动控制措施对缸内燃烧过程、排气热状态及排放性能的影响规律。稳态试验结果表明:推迟主喷提前角缩短了滞燃期,燃烧持续期延长,缸内最高燃烧压力及峰值温度下降,瞬时放热率峰值减小且燃烧重心后移,同时燃油消耗率及烟度略有增加,DOC入口温度提升也不明显;引入近后喷使得缸内最高燃烧压力降低,但放热率第二峰值及后燃期有所增加,近后喷油量与主-近后喷间隔角的合理匹配能适当提高DOC入口温度,最高增幅可达19.3%,同时也能有效改善NOx排放和烟度;次后喷油量的增加能显著提升DPF入口温度,最大增幅达70%,但会导致燃油消耗率及HC逃逸量增加。依据样机全工况排温分布状态提出各区域升温喷油控制策略:低负荷区域采用"近后喷+次后喷"的喷油组合,并且采用较大喷油量;中大负荷区域逐渐减少近后喷,直至无近后喷,同时将主喷适当提前。     

发动机燃用煤层气燃料时燃烧特性的试验研究

用天然气掺加氮气来模拟煤层气燃料,在一台由柴油机改装的单缸火花点火发动机上开展了燃用煤层气时的燃烧特性,包括燃烧期及其循环变动性能的试验研究,结果表明,不同负荷下,随着氮气体积分数的增加,最大缸压对应的曲轴转角延迟,压力升高率降低,火焰发展期明显变长.当氮气体积分数为20%时,燃烧较稳定,当氮气体积分数增大至30%时,燃烧循环变动明显加剧,但随着发动机负荷的增加循环变动减小.     

中低转速下不同EGR率对氢燃料发动机性能的影响

以一台由汽油机改装而成的点燃式单缸氢发动机为研究对象,研究了不同废气再循环率对氢发动机燃烧和排放特性的影响。研究结果表明:随着废气再循环率的升高,缸内的温度和压力降低,滞燃期和燃烧持续期增加,燃烧放热重心后移,缸内NO_x排放有明显的降低。     

燃油品质对柴油机燃烧循环变动特性及性能的影响

燃用3种柴油进行了柴油机性能试验,研究了不同转速和负荷下柴油对燃烧循环变动特性及柴油机性能指标的影响。研究表明:在全负荷速度特性下,随着转速的升高,最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率逐渐减小;相同转速下,负荷越小,最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率越大;燃油的十六烷值越小,其自燃性越差,着火滞燃期越长;初馏温度较低时,轻馏分含量较高,参加预混合燃烧的份额大,容易造成燃烧速度加快,压力升高速度快,导致最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率变大,对应燃烧过程变粗暴,由此实现的动力性能和经济性能变差。