混合动力汽车柴油机快速起动燃烧排放特性研究

混合动力汽车发动机起动要快速,其瞬态程度更高,势必造成起动过程排放控制困难.为了研究不同起动瞬态变化条件下的发动机燃烧和排放特性,基于自行搭建的单轴并联混合动力试验平台,分别用24 V原机起动和800 r/min,1 000 r/min及1 200 r/min转速拖动发动机起动.研究结果表明:随着拖动转速升高,起动过程中的缸内压力峰值、平均有效压力和燃烧持续期均减小,但减少幅度会降低,800 r/min拖动起动时,燃烧波动较大;发动机起动过程中的CO,NOx和Soot排放均随着拖动转速的升高而减少;原机24 V起动和800 r/min拖动起动时燃烧和排放特性随循环或时间的变化趋势一致,1 000 r/min和1 200 r/min拖动起动时的燃烧和排放特性变化趋势一致;以800～1 000 r/min拖动起动是较好的快速起动策略,但是需要重新标定起动时的喷油策略.     

利用瞬时转速对柴油机起动过程的分析

建立柴油机起动过程试验系统,并利用瞬时转速分析不同拖动时间、不同拖动转矩和不同供油量等条件对柴油机起动过程的影响。试验结果表明利用瞬时转速能够判断柴油机着火首循环以及辅助分析燃烧组织的优劣。适当增加拖动时间、提高拖动转矩有利于改善柴油机起动性能。增加起动过程中的供油量,有助于发动机快速进入怠速稳定转速。     

预喷参数对柴油机燃烧噪声的影响规律研究

以某单缸柴油机为研究对象,通过测量柴油机缸内压力,对定负荷和变转速工况下的缸内压力声压级进行了分析,研究了预喷射参数对燃烧噪声、压力升高率的影响。结果表明,在相同发动机转速和负荷下,随着预喷压力的提高,最大压力升高率升高,燃烧噪声增大;预喷角度对最大压力升高率和燃烧噪声影响较小;燃烧噪声和最大压力升高率随预喷油量的增加而增大。在变转速条件下,高喷射压力下的燃烧噪声均随转速的提高呈现先升高后降低的趋势,最高点出现在发动机转速为1 100~1 200 r/min区间。     

柴油机冷起动阻力矩试验研究

使用三相变频异步电机从50 r/min~350 r/min倒拖发动机;测量了在不同温度、不同拖动转速下,柴油机的起动阻力矩随环境温度的变化规律。运用数值回归的方法预测了柴油机在更低温度下的起动阻力矩。结果表明:起动过程中,起动转速较低时,产生的静态起动力矩较大;环境温度越低,起动阻力越大;起动转速越高,产生的平均阻力矩也随之升高,起动阻力矩随着转速的增加呈近似线性关系。     

转速对甲醇HCCI燃烧特性的影响试验研究

在一台双缸4冲程柴油机上实现了甲醇均质压燃的试验,分析了发动机转速对甲醇均质压燃燃烧特性的影响。试验结果表明：过量空气系数和进气温度一定的情况下,随着发动机转速在一定范围内的升高,缸内压力、压力升高率和放热率均有所升高,且存在一个最佳的转速,使得压力、压力升高率和放热率处在较好的水平。     

柴油机起动过程缸内窜机油现象的可视化研究

在单缸机上利用内窥镜技术观察到了起动过程中缸内有窜机油的现象。采用图像分析和试验验证相结合的方法,分析了缸内窜机油现象发生的原因,研究了转速和进气压力对柴油机起动倒拖工况下缸内窜机油现象的影响,研究了起动着火运行时缸内的窜机油现象以及炭烟排放特性。研究表明:柴油机高转速起动倒拖工况下,在压缩上止点前后以及排气上止点后均有机油窜入缸内;当转速升高时,窜入缸内的机油量增加;当缸内压力升高时,窜入缸内的机油量减少;在起动着火过程中,运行初期缸内出现窜机油现象,随着发动机运行时间增加,窜机油现象消失,炭烟减少。     

掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性数值模拟研究

为了研究不同运转参数对掺氢天然气均质压燃（HCCI）发动机的燃烧特性影响，基于Chemkin模拟软件，结合GRI-Mech3.0化学反应动力学机理，建立了HCCI 发动机的数值模型。数值模拟了掺氢天然气HCCI发动机在掺氢体积比为5%时不同运转参数下的燃烧特性，主要包括对发动机燃烧过程中缸内压力、温度、燃烧放热率和NO_x排放的影响。结果表明，在掺氢天然气HCCI发动机燃烧过程中，转速变化对缸内温度、压力和燃烧放热率的影响不大，但NO_x排放随转速增大而减小；缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随过量空气系数增大而降低；缸内压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气压力增大而提高，进气压力对缸内温度影响较小；缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气温度增大而提高。为实际改善掺氢天然气HCCI发动机的燃烧动力性、经济性和减少排放提供了理论依据。     

燃油多次喷射控制策略对单缸柴油机燃烧与排放特性的影响

基于高压共轨系统对一台单缸柴油机采用燃油预喷射控制策略时的燃烧特性与排放特性变化规律进行了研究。在保持循环油量不变的前提下,通过控制每循环燃油的喷射次数、预喷油量、预喷与主喷的间隔角,对发动机缸内燃烧压力、放热规律、压力升高率及排放变化规律进行了分析。试验结果表明：当预喷油量小于5 mg/循环时,发动机能够在维持炭烟颗粒不增加的同时降低NO x的排放,同时发动机的压升率也较无预喷工况有所降低;多次喷射燃烧过程对燃油消耗率的影响较小,较无预喷工况略有上升,但通过对预喷角度、预喷油量及间隔角的合理匹配,能够实现对燃油消耗率的进一步优化。     

稀燃CNG发动机燃烧稳定性的数值模拟研究

利用三维燃烧模型对稀燃CNG发动机的燃烧过程进行数值模拟,研究在引入过量空气系数的循环变动情况下,发动机转速对稀燃CNG发动机燃烧循环变动程度的影响。通过对比计算和试验结果,验证了模型的可靠性,并且分析了燃烧过程中不同时刻下的缸内温度分布情况。根据多个循环的计算结果,定量分析了发动机转速对燃烧循环变动的影响,转速的提高将使燃烧循环变动减弱。计算还得出,转速的改变对燃烧循环变动的影响程度大于对燃烧峰值压力均值的影响。     

2GRF-SEV型6缸发动机

丰田公司的D-4S发动机安装了新型燃油喷射系统，即各缸分别装有缸内直喷式喷油嚣和进气道燃油喷射器的双喷油系统。发动机在高负荷时，由于缸内直喷的进气冷却效果使充量效率提高，改善敲缸，从而实现了高压缩比下的高功率；发动机在中低负荷时，对缸内直喷和进气道喷射两套系统进行最佳控制，力求降低油耗并使燃烧稳定。此外，在冷起动后使催化器尽快暖机，实现净化排放。D-4S发动机的缸内直喷式喷油器采用了可提高喷雾空间分散性的高压双缝喷嘴喷油器，高雾化的燃油从2个喷口喷射到燃烧室，从而实现了均质燃烧。     

进油温度对生物柴油燃烧压力及循环变动的影响

在1台两缸直喷式柴油机上对比测试了生物柴油的燃烧特性,分析了进油温度对发动机峰值燃烧压力分布以及循环变动率的影响。结果表明,随着进油温度的增加,生物柴油发动机表现出如下燃烧特性:燃烧延迟,高负荷时延迟更明显;峰值燃烧压力降低,其循环分布向低值偏移;峰值燃烧压力分布最高值增加且其循环变化幅度明显降低,循环变动率降低,循环变动减弱;负荷或转速增加均导致循环变化幅度明显降低,循环变动减弱。研究结果证明,进油温度对燃用生物柴油的燃烧压力及其循环变动有重要影响,进油温度增加可以提高燃烧稳定程度,从而改善燃烧过程。     

Influence of injection parameters on the transition from PCCI combustion to diffusion combustion in a small-bore HSDI diesel engine

In this paper, the influence of injection parameters on the transition from Premixed Charge Combustion Ignition (PCCI) combustion to conventional diesel combustion was investigated in an optically accessible High-Speed Direct-Injection (HSDI) diesel engine using multiple injection strategies. The heat release characteristics were analyzed using incylinder pressure for different operating conditions. The whole cycle combustion process was visualized with a high-speed video camera by simultaneously capturing the natural flame luminosity from both the bottom of the optical piston and the side window, showing the three dimensional combustion structure within the combustion chamber. Eight operating conditions were selected to address the influences of injection pressure, injection timing, and fuel quantity of the first injection on the development of second injection combustion. For some cases with early first injection timing and a small fuel quantity, no liquid fuel is found when luminous flame points appear, which shows that premixed combustion occurs for these cases. However, with the increase of first injection fuel quantity and retardation of the first injection timing, the combustion mode transitions from PCCI combustion to diffusion flame combustion, with liquid fuel being injected into the hot flame. The observed combustion phenomena are mainly determined by the ambient temperature and pressure at the start of the second injection event. The start-of-injection ambient conditions are greatly influenced by the first injection timing, fuel quantity, and injection pressure. Small fuel quantity and early injection timing of the first injection event and high injection pressure are preferable for low sooting combustion.     

掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧及排放影响

为探究掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧性能的影响，在一台1.8 L涡轮增压缸内直喷汽油机 （GDI） 改装的氢-甲醇发动机上，开展了不同燃空当量比和不同掺氢比条件下的甲醇发动机掺氢燃烧和排放试验研究。结果表明，在稀燃条件下，增大掺氢比能提高发动机缸内最高燃烧压力及放热率峰值，且燃烧相位提前，燃烧持续期缩短。在稀燃情况下适当掺氢有助于改善循环变动，混合气越稀改善效果越好，但随燃空比和掺氢量增大时，循环变动却有恶化的趋势。当燃空当量比大于 0.71 时，增大掺氢比能改善 HC 排放；当燃空当量比大于 0.83 时，掺氢能改善 NOx排放，但 CO 排放恶化；当燃空当量比小于0.83时，增大掺氢比导致NOx排放恶化但CO排放降低。     

高负荷下应用米勒循环提升高压比汽油机热效率机理研究

对高负荷工况下应用进气阀早关(EIVC)或者迟关(LIVC)技术实现的米勒循环进行仿真计算,基于热力学第一定律比较分析两者改善高压缩比增压直喷汽油机热效率的机理。结果表明:几何压缩比的增加提高了发动机的理论热效率,但由于高负荷时的爆震限制使油耗恶化了1.9%;米勒循环的应用可以有效降低爆震倾向,与原发动机相比,采用EIVC与LIVC策略燃油经济性的分别提升2.4%和3.0%;对比分析EIVC与LIVC对汽油机热效率的影响发现,LIVC策略能使燃烧相位更加优化、缸内燃烧更为充分,使得其燃油改善效果好于EIVC策略。     

Effect of fuel metering on combustion and emissions of a PFI gasoline engine during fast startup under an HEV-like mode

In this paper, the transient conditions during fast startup are investigated to develop a fuel metering strategy under HEV-like mode. The fuel mixture preparation and its effects on the combustion are analyzed in detail. Specifically, the combustion in the first cycle is characterized under both conventional low-speed cranking startup and HEV-like fast startup modes. The test results show that the enhancement of cranking speed has marginal effects on mixture preparation in the first cycle. However, it prolongs the combustion duration and reduces HC emissions. The sensitivity of the fuel metering is evaluated for the initial cycles. The combustion in the 3rd ~ 5th cycles during startup is found to be fairly sensitive to the fuel metering due to the effects of transient fuel film vaporization. The fuel metering in the first cycle has the most significant effect on the combustion and emissions during fast startup. Optimized fuel metering in the first cycle shows effective reduction of HC emissions during fast startup process.     

冷却液温度为边界条件的柴油机起动试验研究

为了研究冷却液温度对柴油机起动过程初期燃烧不稳定性及排放的影响规律,在一台单缸直喷式柴油机上,利用缸压和单循环采样测试系统对柴油机起动初期单个工作循环的燃烧和排放进行了试验研究。结果表明:冷却液温度是影响柴油机起动过程不稳定的重要因素之一。较低的冷却液温度导致柴油机起动初期燃烧不稳定性增加,失火和不完全燃烧循环较多,从而导致HC排放升高,而且冷却液温度低造成的滞后燃烧会产生较高的CO排放。冷却液温度升高后,失火循环消除,同时着火延迟期明显缩短,最高燃烧压力升高,HC和CO排放显著降低,NOx排放升高,表明燃烧状况改善。     

发动机辅助制动试验研究

测量各种发动机辅助制动器工作时不同发动机转速和机油温度下的气缸压力,分析了各种因素对制动功率的影响。结果表明:随着发动机转速的升高,最大缸内压力增大;制动功率随转速的升高而增大,减压制动功率最大,发动机倒拖制动功率最小;当发动机转速一定时,发动机的制动功率随机油温度的降低而增加,但过低或过高的机油温度都会影响发动机的工作性能。     

喷油控制参数对中置喷油器GDI发动机喷雾及燃烧的影响

针对匹配中置高压喷油器的直喷汽油光学发动机,试验研究了不同喷油时刻及喷油压力下的缸内燃烧及喷雾发展特性,分析了燃油喷射控制参数对直喷汽油机缸内喷雾及燃烧的影响规律。研究结果表明:随第三段喷油时刻(θ_(SOI3))提前,燃烧持续期与滞燃期均先减小后增大,燃烧特征参数均在θ_(SOI3)=120°BTDC时存在明显拐点,此时平均指示压力(p_(mi))的循环变动系数C_(OVpmi)相对较小;第三段喷油时刻过晚,活塞上行距上止点较近,易导致油束冲击活塞表面;提高喷油压力可缩短燃烧持续期,有助于改善燃烧定容度,但喷油压力过大,油束贯穿距进一步延长,油束冲击缸壁的倾向增加,滞燃期及燃烧持续期反而延长。     

Effect of the fuel injection strategy on first-cycle firing and combustion characteristics during cold start in a TSDI gasoline engine

The first firing cycle is very important during cold-start for all types of spark ignition engines. In addition, the combustion characteristics of the first firing cycle affect combustion and emissions in the following cycles. However, the first-cycle fuel-air mixing, combustion and emissions generation within the cylinder of a two-stage direct-injection (TSDI) engine during cold start is not completely understood. Based on the total stoichiometric air-fuel ratio and local richer mixture startup strategy, the first-cycle firing and combustion characteristic at cold start were investigated in a two-stage direct injection (TSDI) gasoline engine. In addition, the effects of the first injection timing, second injection timing, 1st and 2nd fuel injection proportion and total excess air ratio on the in-cylinder pressure, heat release rate and accumulated heat release were analyzed on the basis of a cycle-by-cycle analysis. It is shown that a larger 2nd fuel injection amount and later 2nd injection timing are more beneficial to the firing of the first cycle in the case of a total excess air ratio of 1.0. The optimum 1st and 2nd injection timing fuel injection proportions are 120°CA ATDC during the intake stroke, 60°CA BTDC during the compression stroke and 1:1. In addition, the firing boundary is a 2nd injection timing later than 90°CA BTDC during the compression stroke in the case of the 1st injection timing from 60°CA to 180°CA ATDC during an intake stroke and involves a 1st and 2nd fuel injection proportion of 1:1 and an excess air ratio of 1.0. The study provides a detailed understanding of cold-start combustion characteristics and a guide for optimizing the reliable first-cycle firing at cold start.     

醇醚燃料发动机非常规污染物排放特性研究

在1台经过改装的单缸柴油机上,采用气相色谱和FT-IR红外光谱检测技术,开展了进气道喷射DME和甲醇双燃料HCCI燃烧方式,以及进气道喷射DME、缸内直喷甲醇双燃料复合燃烧方式下,非常规污染物排放特性的试验研究。结果表明,在不同的燃烧方式下均检测到甲醛、乙醛、甲酸、甲酸甲酯等非常规排放物,且甲醛是非常规排放物中的主要成分。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,在同一负荷下随着甲醇喷射量的增加,甲醛、乙醛、甲酸甲酯的排放都有所增加;在同一甲醇浓度下随着发动机负荷的增加,甲醛的排放增加,乙醛的排放减少,甲酸甲酯的排放先减少后增加。复合式燃烧方式下,甲醛的排放随着有效功率的增大呈先降低后升高的趋势;甲酸甲酯和甲酸的排放均随着有效功率的增加而减少,随着DME喷射比例的增加而增加。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,甲醇排放量增加十分明显。