CNG—柴油双燃料电控发动机试验研究

将高压共轨柴油机改装成CNG—柴油双燃料电控发动机,利用自行开发的快速原型控制系统来控制天然气的燃烧,保证天然气掺烧后发动机的动力性和燃用纯柴油时保持一致。分析了天然气掺烧替代率在不同负荷时对有效热效率和有害排放物(CO,HC,NOx)及烟度的影响。结果表明:天然气掺烧替代率可以达到80%左右;掺烧后的有效热效率在中低负荷时要低于燃用柴油,高负荷时和燃用柴油一致;掺烧后的烟度明显降低,HC排放明显升高。     

LPG/柴油双燃料发动机排放特性的研究

分析了双燃烧发动机的燃烧放热规律，对直喷式柴油机燃用LPG／柴油双燃料的排放性能进行了研究，并与单用柴油的排放水平进行了对比，结果表明，发动机转速和平均有效压力对污染物排放有较大影响，与燃用柴油相比，燃用LPG／柴油双燃料其烟度排放有明显降低，CO排放在大负荷，高转速时较低，NOx的排放在中，小负荷时较低，其余工况CO，HC，NOx的排放明显提高。     

生物柴油的排放特性试验研究

对一台轿车用柴油机燃烧低比例生物柴油的排放污染物进行了试验研究,分析了不同配比的生物柴油燃烧污染物随发动机转速、发动机负荷的变化规律.试验结果表明:生物柴油可以有效地降低柴油机的排气污染物,尤其是烟度污染物;随着生物柴油掺混比例的增加,烟度和THC污染物的排放呈线性下降,而CO和NOx排放物的变化受发动机的转速和负倚影响很大.     

共轨柴油机燃用乳化柴油试验研究

在某高压共轨柴油机上进行燃用0号柴油、E10,E15,E20乳化柴油的外特性试验以及2 000 r/min,3 200 r/min转速下的负荷特性试验。在原机未作任何改动的情况下,将发动机燃用4种油品的动力性、经济性及常规排放特性进行对比,研究结果表明:相对于0号柴油,燃用乳化柴油经济性有所提高,NOx排放降低,烟度值大幅降低,CO排放有所升高,HC排放在低负荷时升高,在高负荷时降低;燃用乳化柴油各种排放物的变化幅度随掺水比的增大而增大。     

加载停滞时间对柴油机瞬态性能的影响

为了改善柴油机瞬态加载过程中燃烧与排放性能恶化的问题,在一台增压中冷柴油机上,利用瞬态测控系统,试验研究了先快后慢的多段加载策略,探索不同的加载停滞时间对柴油机θCA10,θCA50,烟度和CO,NOx等排放物的影响规律。试验结果表明:与匀速加载策略相比,加载停滞时间越长,排放性能越好,烟度和CO峰值最大分别降低20.8%和38.32%,但NOx略有增加;在第二段加载过程中θCA10和θCA50延后程度降低;加载过程后期缸内空燃比下降趋势更加缓和。     

轻型柴油机起动过程瞬态喷油量控制策略研究

为一高压共轨轻型柴油机提出了基于目标转速变化规律的起动过程瞬态喷油量的控制策略和确定方法,并与定油量和油量MAP控制方式进行了对比。结果表明:油量MAP控制方式在起动过程中虽NOx排放低,过渡转速波动小,但平均燃烧效率较低,HC和CO排放高;而定油量控制方式平均燃烧效率较高,HC和CO排放低,但NOx和CO2排放高,且过渡转速波动大。新的控制策略可根据起动过程瞬态转速变化特性精确控制喷油量,使各瞬态燃烧效率高,有效降低CO2,HC,CO和NOx排放,且起动到怠速可实现圆滑过渡。     

柴油机燃用醇醚-柴油混合燃料的燃烧特性与排放的试验研究

在增压中冷4100柴油机上进行了D40(含40%质量分数二甲醚的二甲醚柴油混合燃料)、M15(含15%体积分数甲醇的甲醇柴油混合燃料)和柴油3种燃料燃烧特性与污染物排放的试验研究。结果表明,D40发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均低于柴油机,燃烧持续期与柴油机相当;M15发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均高于柴油机,燃烧持续期较短;D40发动机的NOx排放和烟度均明显低于柴油机,可较好地解决NOx和碳烟排放之间此消彼长的问题;M15发动机可以降低碳烟排放,但NOx的排放明显上升。两种混合燃料发动机的HC排放在全转速范围均高于柴油机,而CO排放在低转速时低于柴油机,高转速时高于柴油机。     

汽车污染排放物的测量

汽车排放的污染物主要是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)及炭烟等。在相同工况下汽油机排放的CO、HC和NOx的排放量比柴油机大，因此目前国家标准中对汽油机主要限制CO、HC和NOx的排放量。而柴油机由于其燃烧时混合气形成的时间非常短，在空气不足或混合气不均匀的情况下主要是产生炭烟污染，因此排放标准中主要限制柴油机排气的烟度。     

柴油机燃用生物柴油的燃烧和排放特性研究

对比分析了小型直喷柴油机燃用生物柴油和柴油的燃烧放热规律和排放物浓度.结果表明:与燃用柴油相比,发动机燃用生物柴油时的最大燃烧压力略有提高,最大压力升高率和最大燃烧放热率则明显降低,对应的曲轴转角提前.生物柴油发动机的CO排放在小负荷和大负荷有明显降低,在中等负荷与柴油发动机相同,在整个负荷范围内,HC和碳烟排放较低,但NOx和CO2排放略有升高.     

DTBP对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

根据二叔丁基过氧化物(DTBP)闪点低、燃烧速度快以及低温易分解等特点,将其与柴油混和燃烧,研究DTBP对柴油机燃烧及排放的影响。恒定发动机转速1400 r/min,在不同油门开度情况下改变混和燃料中DTBP的体积分数。研究表明,在试验工况下柴油混合体积分数为0.3%的DTBP时,柴油机的综合排放数据最优,在该混合比例下可以延长燃烧持续期,在扭矩基本不变的情况下使最大燃烧压力减小。柴油混合DTBP燃烧能够降低NOx,CO和HC排放,特别是在油门开度低于22%的情况下,HC及NOx排放值仅为燃用柴油时的25%~33%。     

甲醇—柴油混合燃料在共轨发动机上的燃烧和排放特性研究

在1台电控高压共轨增压发动机上,不改变原机结构,采用甲醇—柴油混合燃烧的方式,进行燃烧排放特性分析。结果表明:在相同转速下,发动机的当量燃油消耗率随负荷的增加而降低;随着甲醇含量增加,发动机的最高燃烧压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度都逐渐升高;中低负荷时,发动机的CO和HC排放随着负荷的升高而减小,燃用混合燃料时较燃用柴油略有升高,且甲醇含量越高升高越多;燃用混合燃料时发动机的NO_x和炭烟排放较燃用柴油时有所降低,且随着负荷的升高而增大。     

喷油策略对柴油机燃烧噪声及排放影响的模拟研究

进行了通过优化高压共轨系统燃油喷射策略来改善缸内燃烧排放性能的研究,基于AVL Fire软件,针对1015柴油机开展了不同燃油喷射策略下的喷雾燃烧和排放的数值模拟,建立了数学模型并验证了模型的可靠性,分析了一次预喷的预喷时刻、预喷量、主喷提前角对燃烧噪声及排放的影响,揭示了各参数对燃烧噪声和NOx及炭烟生成的影响机理,为进一步优化预喷方案提供了理论依据。     

EGR柴油机瞬态性能优化研究

以降低瞬态过程烟度和NO_x排放为目标,在一台高压共轨电控重型柴油机上进行了EGR对柴油机恒转速增扭矩5s典型瞬态过程燃烧和排放性能影响的优化研究。结果表明:瞬态过程中固定EGR阀开度造成EGR率"超调"、烟度剧增;与"全程轨压"策略相比,"分段轨压"有利于改善小负荷工况的燃烧热氛围,提高瞬态起始负荷并耦合"分段轨压"可以有效降低瞬态过程烟度峰值;EGR阀的开闭对瞬态性能影响最大,瞬态过程1.5s关阀、4s开阀的策略可以实现较好的烟度和NO_x排放折中,消光烟度峰值为9.2%,NO_x峰值稍有增加但增幅不大。     

EGR对高压共轨柴油机小负荷工况燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型车用高压共轨柴油机为样机,研究了在小负荷工况条件下,EGR率对柴油机排放、燃烧过程及燃油消耗的影响。试验结果表明:EGR减小了缸内最高燃烧压力及压力峰值,使压力升高率略有增加,降低了瞬时放热率与峰值,延长了燃烧持续期,降低了缸内温度峰值及平均温度。在小负荷工况,EGR可以同时有效改善NOx,HC及CO排放,当EGR阀全开,EGR率为42%时,NOx排放降低了38.7%,HC降低了39.6%,CO排放降低了21.3%;PM排放先随着EGR率增加而减小,EGR率超过某一值后,PM排放增加,整个PM排放曲线呈现"鱼钩"状变化趋势。EGR对小负荷工况燃油耗性能影响不大。     

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。     

内外EGR和喷油压力对柴油机低温燃烧的影响

在1台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变内外EGR策略和喷油压力,对柴油机小负荷工况下低温燃烧的燃烧特性和排放特性进行了试验研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和喷油量分别固定为1 500r/min和20mg/cycle。研究结果表明,通过高EGR率控制可以实现超低NOx排放,其中采用高喷油压力可以降低内部EGR的炭烟排放,而采用低喷油压力可以降低外部中冷EGR的HC和CO排放。在内外EGR耦合控制策略中,提高内部EGR比例可以降低HC和CO排放,但改善效果逐渐减弱,同时为了抑制炭烟排放,需要结合更高喷油压力,而提高外部中冷EGR比例可以获得较高热效率。     

喷油正时对电控共轨柴油机燃用LNG-柴油双燃料的影响

为了在电控共轨柴油机上应用LNG,将电控共轨柴油机改装为柴油引燃天然气双燃料发动机,研究了引燃柴油喷油正时对双燃料发动机性能与排放的影响。试验选取最大扭矩转速1 600r/min和标定转速2 500r/min,在不同油门开度工况下研究了双燃料发动机的功率、燃料消耗量、有效燃料消耗率和排放。试验结果表明:随喷油正时的提前,双燃料发动机的输出功率先增大后降低;有效燃料消耗率先降低后增大,并在最大功率正时处达到最低;HC,CO和炭烟排放降低,CO2排放升高;油门开度较小时的NOx排放降低,而油门开度较大时升高。     

高压共轨柴油机高海拔性能仿真研究

采用GT-Power软件建立了高压共轨柴油机工作过程模型,研究了等油量和等空燃比条件下柴油机性能随高原环境条件的变化规律。结果表明:等油量下,柴油机扭矩和燃油消耗率在海拔3 000 m以内中高转速范围基本保持不变;在海拔4 000 m以上标定转速下增压器超速,海拔5 000 m,900 r/min时发动机因空燃比过低而无法运行。等空燃比下,同0 m海拔相比,海拔5 000 m不同转速下发动机燃油消耗率平均增加7.2%,扭矩平均下降近40%,动力性下降严重。等油量或等空燃比方法不符合我国高原实际情况,需要建立新的柴油机性能高海拔修正或预测方法。     

高压共轨柴油机燃烧与排放模型的研究

利用高速闪光摄影技术,对高压喷射喷雾体空间发展规律进行了试验分析,提出了一个计算高压喷射喷雾体发展的数学公式;在正确描述高压燃油喷雾的基础上,建立了一个能预测高压共轨柴油机性能和排放的准维燃烧模型,此模型改进了燃油喷射模型及碳烟的生成与氧化模型,考虑到燃烧区的区间传热和缸内工质的对流辐射传热,对一台高压共轨柴油机进行了仿真计算。计算与试验结果对比分析表明,改进后的燃烧与排放模型能较好地反映缸内各区的燃烧与排放情况。     

EGR增压柴油机的燃烧及排放特性研究

在1台增压中冷柴油机上,采用从涡轮前取气回流到压气机后的高压EGR系统,研究了恒定转速不同负荷下发动机的燃烧和排放特性。在同一工况下,随着EGR率增加,压缩终了混合气温度升高,着火延迟期缩短,燃气压力和温度下降,燃烧持续期延长。分析了柴油机燃烧过程及排放污染物的形成机理。研究发现,当发动机负荷由大变小时,随着EGR率增加,CO的形成因受温度控制增幅越来越大,HC受着火延迟期和供氧的影响增幅越来越小,NO_x的降幅几乎随EGR率呈线性变化,而排气烟度则呈二阶多项式趋势的恶化。