柴油机HCCI燃烧初探

介绍了HCCI燃烧机理和目前能实现的方案。以4112柴油机为试验发动机,采取缸内早喷的方法,实现了柴油机的HCCI燃烧,通过考察缸内压力和温度的变化,探讨了柴油机HCCI燃烧的特点。     

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。     

运用分段对数正态函数拟合HCCI燃烧放热规律的研究

在分析对数正态函数在HCCI燃烧放热率研究中的运用及其存在问题的基础上,首次提出了分段对数正态函数,并用其拟合了HCCI燃烧的实际放热率曲线。结果表明,分段对数正态函数可以充分反映HCCI燃烧的阶段性特征,拟合效果更好。     

面向闭环控制的柴油机在线燃烧模型研究

通过柴油机ECU信号和柴油机燃烧输出数据,在Scilab上利用局部线性模型树(LOLIMOT)分析其进气系统物理模型及燃烧放热规律。将转速、扭矩、油耗、进气流量、进气压力、排气温度和排气压力作为输入层,缸内燃烧最大压力、缸内燃烧最高温度、燃烧始点和燃烧终点为输出参数,建立某高压共轨中冷柴油机在线燃烧控制模型。结果表明,当输入参数选为转速、扭矩、油耗时,测试燃烧输出结果与试验值最吻合,相关系数均达到0.95以上,平均误差在10%以内。     

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。     

大气压力和冷却液温度对柴油机性能影响的试验研究

利用内燃机高海拔(低气压)模拟试验系统,研究了大气压力和冷却液温度对柴油机性能与燃烧特性的影响规律。试验结果表明:随着进气压力降低,柴油机最高燃烧压力下降,缸内平均温度大幅升高,燃烧始点推迟且持续期延长,后燃严重,燃烧过程未能及时释放热量,动力性能和燃料经济性下降明显;随着冷却液温度的升高,最高燃烧压力增大,燃烧始点提前且持续期略有延长,燃烧重心略微前移,燃烧放热率减小,且大气压力越低冷却液温度对柴油机燃烧过程的影响越明显。在高海拔(低气压)条件下,提高柴油机冷却液工作温度,可以明显减少冷却液散热量,提高柴油机的热-功转换效率,显著改善柴油机的高原动力性和经济性,同时柴油机热负荷升高幅度并不大。     

基于声学信号的柴油机燃烧始点观测方法研究

鉴于燃烧相位观测的重要性和基于缸压信号的传统燃烧相位观测方法成本高、寿命短,实际应用受到限制,本文中对采集到的高压共轨柴油机声学信号进行时频联合分析,研究声学信号与缸内燃烧始点之间的关系。将未燃烧阶段的声学信号抽象为高斯噪声,分析了声学信号特征量与缸内燃烧始点之间的相关性,采用多项式回归建模的方法,建立了基于声学信号的高压共轨柴油机燃烧始点观测模型。测试结果表明,该模型能比较准确地观测到燃烧始点,其均方根误差为1°CA左右。     

均质充量压缩燃烧研究现状与存在的问题

为了实现发动机的清洁、高效燃烧,国内外科研工作者都将均质充量压缩燃烧(HCCI燃烧)作为柴油机研究的重点。文中介绍了均质充量压缩燃烧HCCI方式的基本概念,论述了HCCI当前的研究进展,分析了HCCI存在的问题,提出了解决问题的对策。这种燃烧方式具有较高的热效率、低NOX和PM排放。     

柴油机HCCI燃烧特点及影响因素

本文简要介绍了发动机均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的概念和特点,并进一步着重分析了柴油机HCCI燃烧的特点,以及影响柴油机HCCI燃烧的一些重要因素,如混合气形成方式、进气温度、负荷、废气再循环(EGR)、气门正时及压缩比等因素。     

EGR对乙醇HCCI发动机燃烧影响的模拟研究

在乙醇HCCI发动机中，随着EGR率的提高，燃烧始点提前。并且在引入EGR后，燃烧变得柔和，有效地避免了爆震的发生。但由于引入EGR后缸内燃烧温度升高，使得氮氧化物的排放增加。加入EGR后，混合气中二氧化碳、水、惰性气体等成分浓度的变化对燃烧有一定的影响。在增加混合气中二氧化碳和水的含量后，缸内的压力和温度都有所降低，且着火始点也都有延迟。混合气中惰性气体的作用则相反，惰性气体使得燃烧始点提前，且缸内压力、温度都升高。     

外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI燃烧的影响

考察了外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI发动机燃烧的影响。试验结果表明:外部热EGR可以推迟HCCI燃烧的着火时刻,减缓放热速率,但对于高辛烷值燃料的HCCI燃烧,它对更高EGR率的兼容能力不强,需要提高进气温度来提高燃烧的稳定性;随着EGR率的增加,燃烧持续期延长,缸内温度和压力峰值均减小,指示热效率也随着减小;NOx排放随着EGR率的增加在经过一个"拐点"后始终维持在一个较低的水平,而CO和HC的排放随着EGR率的增加显著增加,燃烧恶化。     

二甲醚发动机HCCI燃烧的试验和数值模拟研究

结合详细化学反应动力学机理,采用单区模型计算了二甲醚发动机均质充量压缩燃烧过程中缸内压力、缸内温度、重要中间产物浓度、NOx 浓度等的变化,并将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,二甲醚均质充量压缩燃烧具有两阶段着火特性,着火时间、NOx 排放和缸内压力变化趋势预测准确。     

柴油微引燃乙醇发动机燃烧、性能及排放特性研究

柴油微引燃乙醇发动机采用进气道喷射乙醇、缸内直喷微量柴油引燃的方式进行燃料供给。基于单缸四冲程柴油机,对其燃烧、性能及排放特性进行研究,固定引燃柴油喷射量为发动机能实现压燃着火的最小值,在进气压力为0.15 MPa时比较不同乙醇喷射量的工况组,通过改变柴油喷射时刻进行工况扫描。结果表明,引燃柴油的喷射时刻对发动机的燃烧、性能和排放影响显著。柴油微引燃乙醇发动机在中高负荷能够稳定运行,指示热效率可达34%以上,通过适当调节柴油喷射时刻,可以有效控制未燃碳氢(UHC)、NO_x与CO排放,同时可以实现极低的炭烟排放。柴油微引燃乙醇发动机燃烧模式为预混合或部分预混合燃烧,燃烧有两阶段放热特征,改变引燃柴油喷射时刻,可以有效控制燃烧相位。     

基于电控喷油定时与EGR率实现柴油机HCCI/常规燃烧双模式的试验研究

针对HCCI燃烧在大负荷时的局限性,开发了基于电控燃油喷射定时和EGR率的车用柴油机双燃烧模式,即在小、中负荷工作时,采用均质压燃预混合燃烧,在大负荷时,采用传统的扩散燃烧模式,克服了均质预混合燃烧模式大负荷性能差的缺点。试验研究了在HCCI区域喷油提前角与EGR率对柴油机性能的影响及二者在HCCI区域的协同作用。分析了HCCI燃烧的缸压和放热率。通过油量MAP与喷油定时MAP的优化和爆震扭矩值确定了双燃烧模式工作下的HCCI扭矩范围及过渡区域扭矩线。试验结果表明:采用电控VP37泵与电控废气再循环系统相结合,通过增大喷油提前角的方式,在一定的负荷范围内实现了准HCCI燃烧,NOx与炭烟排放同时降低;在大负荷范围内采用常规燃烧方式,使CA4D32TC柴油机实现了双燃烧模式工作,具有较好的性能指标。     

CO2和H2对HCCI二甲醚发动机燃烧影响的数值模拟

模拟了燃用DME的HCC I发动机的燃烧过程,研究了进气添加剂CO2和H2对其着火时刻和指示功的影响。结果表明:CO2能延迟着火时刻,降低缸内压力和温度,从而扩大HCC I燃烧运行范围;H2也可推迟着火,并能有效提高发动机的指示功。为了既控制着火始点,又提高发动机指示功,提出进气中同时添加适量CO2和H2,并就此进行了计算。     

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。     

车用柴油机放热规律与燃烧噪声的关系

对1台车用高速高压共轨柴油机进行了不同负荷、不同转速以及不同喷射参数工况下的缸内压力测试,通过分析燃烧放热规律对气缸压力变化的影响,对燃烧放热规律与燃烧噪声的关系进行了研究。研究结果表明:燃烧噪声不仅与最高气缸压力和最大压力升高率有关,还与各自相位的间隔有关;负荷对发动机燃烧噪声的影响较大,转速对燃烧噪声的影响主要体现在频率范围变化;通过改变喷射参数可以改变柴油机的燃烧噪声水平。     

二甲醚均质压燃燃烧特性试验研究

介绍了在一台单缸柴油机上进行的二甲醚(DME)均质压燃燃烧过程的试验研究,DME的燃烧保持了低温反应与高温反应两个阶段的特征,着火时刻较早。试验结果表明,混合气燃空当量比的变化对低温反应开始时刻影响不大,但对高温反应开始时刻有较大影响,随着燃空当量比的增大,高温反应开始时刻逐步提前,当燃空当量比为0.21时,出现轻微爆震现象。随着发动机转速的增加,低温反应开始时刻提前,高温反应阶段的放热率略有增大。进气温度和冷却水温度升高,低温反应和高温反应时刻都有较大的提前。在进气温度(T)大于300 K后,缸内最大压力出现在上止点前,进气温度是控制着火时刻的重要参数。     

Experimental study of performance and emission characteristics of DEE-assisted minimally processed ethanol fuelled HCCI engine

The homogeneous charge compression ignition (HCCI) is an alternative combustion concept for reciprocating engines. This study investigates an HCCI engine fuelled with Diethyl ether (DEE) ignition assisted wet ethanol (ethanol with 20% water content). The direct use of wet ethanol could reduce the associated energy required for distillation and dehydration of ethanol. The HCCI engine offers significant benefits in terms of its high efficiency and ultra low emissions. The experiment is conducted with various DEE flow rates and at different air-fuel ratios, for which stable HCCI combustion is achieved. Incylinder pressure, heat release analysis and exhaust emissions were observed. In this study, the effect of DEE on combustion parameters, thermal efficiency and emissions is analysed and discussed in detail. The experimental results indicate that the DEE flow rates have a significant effect on the maximum in-cylinder pressure and its position, thermal efficiency, maximum rate of pressure rise and the heat release rate. Results show that for all stable operating points, brake thermal efficiency is higher than reference mode at lower loads and almost same at higher loads. The emission parameters such as NO, HC and CO are lower than the dual fuel mode which is considered as a reference model for this experiment.