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...     

EGR对柴油-天然气双燃料发动机稀燃的影响

在一台由柴油机加装天然气供给系统改装而成的双燃料发动机上进行试验,分别研究了EGR率和过量空气系数(a)随喷油提前角变化对双燃料发动机的影响。结果表明:当EGR率为0时,a过大导致热效率降低。增大喷油提前角使着火提前,燃烧得以改善,最大压力升高率和最高燃烧压力提高,热值折合燃料消耗率降低。喷油提前角一定时,最大压力升高率、最高燃烧压力随EGR率的增大先升高后降低,热值折合燃料消耗率先降低后升高,EGR率为20%时热值折合燃料消耗率达到最低值。采用EGR技术能有效降低NOx排放,但HC,CO,CH4和炭烟排放随着EGR率的增大而增大;增大喷油提前角使缸内柴油预混燃烧比例增加,HC,CO,CH4和炭烟排放降低。因此,采用EGR时应适当增加喷油提前角。     

乙醇均质压燃性能的试验研究

在一台改造的单缸发动机上进行了乙醇燃料均质压燃的试验研究。试验结果表明,在较宽的混合气浓度范围内,乙醇HCCI发动机产生较高的热效率,各EGR率下在当量比为0.11~0.5范围内指示热效率都在30%以上;在HCCI燃烧范围内,EGR和当量比的合理组合可以将NOx排放控制在1g/(kW.h)以下;在没有后处理器时,乙醇HCCI燃烧产生较高的HC和CO排放;与EGR率相比,当量比对HC和CO排放的影响更为明显。     

通过高压直接喷射实现高效率和低氮氧化物排放的氢燃烧方式

氢可以从各种再生能源中产生,因此预计,氢将会在社会长期能源需求中起到重要作用。传统氢发动机存在的一些缺点是:冷却损失较高导致热效率较低,以及不正常燃烧(回火、早燃、燃烧速度较快)限制了大负荷运行。氢燃料直接喷射是克服这些缺点的一种有效办法,但是要实现高效率和低氮氧化物(NOx)排放的燃烧方法还需要进行更详细的研究。采用一种试验性氢高压喷射器(最大喷射压力30 MPa)对高效率和低NOx排放的氢燃烧进行了研究。采用1台2.2 L 4缸涡流形燃烧室柴油机进行试验,氢喷射器安装在气缸中心,火花塞安装在预热塞位置。为了能向1个气缸提供氢气,对这台发动机进行了改装。通过控制喷油定时和点火定时研究了氢气的均相和分层燃烧。另外,还研究了联合使用火花点火的扩散燃烧(即火花点燃辅助扩散燃烧)。结果显示,采用高压直喷的分层扩散燃烧与传统的均相燃烧相比,指示热效率提高了约3%。热效率提高的原因是:(1)分层扩散燃烧改善了冷却损失与等容度之间的折衷关系;(2)接近上止点喷射的压力恢复效应十分有利于热效率的提高;(3)在废气再循环(EGR)与扩散燃烧相结合的情况下,能使EGR更为有效。通过抑制喷束的贯穿度以减少较多的冷却损失,使这台小型发动机达到了52%的优良指示热效率,并通过计算流体动力学和可视化缸内燃烧研究得到了证实。另外,还获得了一些有价值的认识:EGR除湿能增加工作气体的比热比,并能在降低NOx的同时提高热效率。     

废气再循环对天然气发动机性能影响研究

利用1台增压中冷天然气发动机,在2 840 r/min,75%和50%负荷、过量空气系数a为1.1~1.3稀混合气条件下研究了EGR对天然气发动机性能影响。结果表明:不同负荷和a下,随着EGR增加,NOx排放迅速降低,与单纯采用空气稀释相比,稀混合气加EGR联合稀释的方式更具降低NOx排放的潜力,75%负荷、a=1.3发动机达到稳定运行界限时(循环变动系数为10%)NOx排放降低到0.3 g/(kW.h),而单纯采用空气稀释时只能降低到1.92 g/(kW.h);当EGR率小于10%时,随着EGR增加,HC和CO排放缓慢增加,有效热效率缓慢下降,当EGR率超过10%后,HC,CO排放增加和有效热效率下降的速度都加快。小负荷时产生的NOx排放较少,且达到相同NOx排放目标值时所需的EGR量也较少,但是会产生较高的HC和CO排放及较低的热效率。     

基于负阀重叠EGR策略的HCNG发动机仿真

为降低HCNG发动机NOx排放,采用负阀重叠EGR策略,利用AVL-Fire软件对HCNG发动机不同进气门开启角(θIVO)下的进气过程和燃烧过程进行了三维仿真计算,对比分析了采用负阀重叠前后发动机缸内EGR分布和燃烧过程。仿真结果表明:负阀重叠EGR策略下,排气门关闭角(θEVC)固定为340°曲轴转角不变,当θIVO为380°曲轴转角时,既可避免发生回火又能保证一定的进气量及充气效率;采用负阀重叠后,在压缩冲程后期,缸内EGR率呈梯度分布(靠近火花塞位置EGR率较低),更有利于着火及火焰传播;采用负阀重叠可降低缸内最高燃烧压力及最高温度,但会减少进入气缸的新鲜工质,降低发动机功率;通过负阀重叠实现内部EGR可降低NOx排放,但会导致着火困难,燃烧速度变慢;提高点火能量可缩短着火落后期和燃烧持续期,加快燃烧速度。     

压缩比及燃料十六烷值对超高EGR低温燃烧的影响

低温燃烧是目前大幅度降低柴油机排放的热点研究之一。该文试验研究了燃料十六烷值及压缩比对大量废气再循环(EGR)条件下无烟低温柴油机燃烧特性的影响。通过调整EGR率控制进气氧浓度实现超低氮氧化物(NOx)排放的同时,采用低压缩比及低十六烷值的组合可以确保燃料与空气充分混合,以实现上死点附近着火和无烟超低NOx燃烧。然而,进气氧浓度较高时,碳氢化合物(THC)及一氧化碳(CO)浓度较低而最大压升率较高;降低进气氧浓度有利于抑制最大压升率,但是存在失火的问题。比较而言,在较高氧浓度条件下,通过延迟喷油时刻优化燃烧相位可以在降低最大压升率的同时实现更低的THC及CO排放、以及更高的燃烧效率。最后,通过应用较低十六烷值及较低压缩比的组合并优化喷油时刻及EGR率,对扩展无烟超低(NOx)高效柴油机燃烧的可能运行范围进行了探讨。     

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。     

理论空燃比下废气再循环率对汽油机性能的影响

为了提高某增压汽油机的性能,将其压缩比提高到11.5,并加装一套EGR循环系统。通过台架试验,在低速小负荷和中速中负荷工况下,研究了理论空燃比下废气再循环率对改造后汽油机性能的影响。结果表明:当EGR率小于20%时,采用合适的EGR率配合优化的点火时刻,可以使该发动机燃烧稳定,在保证发动机动力性的同时,指示热效率随着EGR率的增加不断升高;与无EGR时相比,EGR率为20%时,有效燃油消耗率在低速小负荷工况下降低了约4.5%,中速中负荷工况下降低了9.7%;随着EGR率的增加,THC排放增加,而NOx排放显著降低,CO排放在低速小负荷时出现上下波动的现象,而在中速中负荷工况时,随着EGR率的增加不断降低。     

含氧宽馏分燃料在压燃式发动机上的燃烧和排放特性

宽馏分燃料由于其优异的理化特性,可改善压燃式发动机的燃烧和排放特性。但由于其着火性较差,易出现燃烧效率低、冷起动困难等问题。为改善汽柴油混合宽馏分燃料的着火性,同时提高燃料的含氧量以进一步降低颗粒物排放,将高十六烷值、高含氧量的聚甲醛二甲醚(PODE)与传统柴油和汽油进行掺混,配制成含氧宽馏分燃料(GDP燃料),并在轻型车用四缸柴油机上对其进行试验研究。结果表明,用GDP燃料可使燃烧效率明显提高,有效热效率比原机高1%~4%,同时降低中小负荷NOx和碳烟的排放,使总颗粒物的质量和数量排放大幅度下降。     

Enhancement of NOx-PM trade-off in a diesel engine adopting bio-ethanol and EGR

For realizing a premixed charge compression ignition (PCCI) engine, the effects of bio-ethanol blend oil and exhaust gas recirculation (EGR) on PM-NOx trade-off have been investigated in a single cylinder direct injection diesel engine with the compression ratio of 17.8. In the present experiment, the ethanol blend ratio and the EGR ratio were varied focusing on ignition delay, premixed combustion, diffusive combustion, smoke, NOx and the thermal efficiency. Very low levels of 1.5 [g/kWh] NOx and 0.02 [g/kWh] PM, which is close to the 2009 emission standards imposed on heavy duty diesel engines in Japan, were achieved without deterioration of the thermal efficiency in the PCCI engine operated with the 50% ethanol blend fuel and the EGR ratio of 0.2. It is found that this improvement can be achieved by formation of the premixed charge condition resulting from a longer ignition delay. A marked increase in ignition delay is due to blending ethanol with low cetane number and large latent heat, and due to lowering in-cylinder gas temperature on compression stroke based on the EGR. It is noticed that smoke can be reduced even by increasing the EGR ratio under a highly premixed condition.     

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。     

单缸EGR发动机压缩比优化及涡轮增压器匹配研究

在1台气道喷射单缸EGR发动机上,独立控制EGR缸喷油及点火,实现燃料改质,研究了不同压缩比对发动机性能的影响,此外还匹配了不同涡轮增压器,用于改善外特性扭矩。试验结果表明:单缸EGR能有效改善发动机的燃油经济性,NOx和CO排放性能均所改善,但THC排放恶化,动力性能下降;提高压缩比能有效提高发动机的热效率,降低燃油消耗,但过高压缩比使发动机爆震倾向严重,限制发动机外特性扭矩;通过匹配小涡轮增压器低速扭矩有所改善。     

Operating strategy for gasoline/diesel dual-fuel premixed compression ignition in a light-duty diesel engine

Environmental problems have become a major issue for diesel engine development. Although emission aftertreatment systems such as DPFs (diesel particulate filters), LNTs (lean NOx traps) and SCR (selective catalytic reduction) have been used in diesel vehicles, the manufacturing cost increase caused by this equipment can be hard to be control. Thus, it is better for engine emissions to be reduced by improving the combustion system. A dual-fuel combustion concept is a recommended method to improve a combustion system and effectively reduce emissions. Low reactivity fuel including gasoline and natural gas, which was supplied to the intake port by the FPI (port fuel injector), improved the premixed air-fuel mixture conditions before ignition. Additionally, a small amount of high reactivity fuel, in this case diesel, was injected into the cylinder directly as an ignition source. This dual-fuel combustion promises lower levels of NOx (nitrogen oxide) and PM (particulate matter) emissions due to the elimination of local rich regions in the cylinder. However, it is challenging to control the dual-fuel combustion because the combustion stability and efficiency deteriorate due to the lack of ignition source and reactivity. Thus, it is important to establish an appropriate dual-fuel operating strategy to achieve stable, high efficiency and low emission operation. As a result of this research, a detailed operating method of dual-fuel PCI (premixed compression ignition) was introduced in detail at a low speed and low load condition by using a single cylinder diesel engine. Engine operating parameters including the gasoline ratio, a diesel injection strategy consisting of multiple injectors and timing, the EGR (exhaust gas recirculation) rate and the intake pressure were controlled to satisfy the low ISNOx (indicated specific NOx) and PM emissions levels (0.21 g/kWh and 0.1 FSN, 0.040 g/kWh, respectively) as per the EURO-6 regulation without any after-treatment systems. The results emphasized that a well-constructed dual-fuel PCI operating strategy showed low NOx and PM emissions and high GIE (gross indicated fuel conversion efficiency) with excellent combustion stability.     

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。     

废气再循环对车用柴油机性能与排放的影响

为了降低车用柴油机的NOx排放，研究了不同工况下EGR率对柴油机性能的影响。试验结果表明，采用EGR可以有效地降低NOx排放。大负荷比小负荷效果显著，但微粒的排放有所增加。小负荷采用EGR时可以改善发动机的燃烧，微粒排放基本没有变化。空燃比是影响微粒排放的关键因素，小负荷宜采用大EGR率，大负荷时宜采用小EGR率，以求在控制NOx排放降低的同时，总的微粒排放不至增加过多。