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。     

丁醇-柴油双燃料发动机的燃烧和排放特性试验研究

为了深入研究丁醇同分异构体在双燃料发动机上燃烧和排放的差异,基于1台重型6缸涡轮增压柴油机,在转速1 500 r/min、缸内循环总能量1 280 J/cycle工况下,针对正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料的燃烧和排放特性进行了试验研究。研究结果表明:随着柴油喷射定时的提前,正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料燃烧的最大缸内压力相位、放热率峰值相位和θ_(CA10)提前,最大缸内压力、缸内最高平均温度和燃烧持续期增加,放热率峰值和最大压力升高率先增大后减小,HC,CO和颗粒物排放降低,而NO_x排放先增加后减少。在相同的柴油喷射定时和丁醇替代比条件下,相比于正丁醇-柴油双燃料燃烧,异丁醇-柴油双燃料燃烧的θ_(CA10),θ_(CA50)和θ_(CA90)均提前,滞燃期和燃烧持续期变短,最大缸内压力、放热率峰值和最大压力升高率降低,HC和NO_x排放较高,而CO和颗粒物排放较低。     

柴油喷射压力对多缸均质引燃影响的试验研究

为研究均质引燃模式多缸运行特性,在某六缸柴油机上实现了均质引燃模式的多缸运行。通过试验分析了不同柴油喷射压力下均质引燃模式的燃烧及排放性能,结果表明,提高柴油喷射压力可改善均质引燃模式的燃烧状况,但喷射压力过高会导致滞燃期急剧缩短;在柴油喷射压力为60~140 MPa时,均质引燃模式的有效热效率始终保持在40%以上,增幅不超过0.45%,对柴油喷射压力的变化并不敏感;均质引燃模式使用60 MPa喷射压力时的Soot排放低于纯柴油模式在140 MPa时的排放,使用较小的喷射压力即可满足排放要求。     

压缩比和EGR率对预混压燃柴油机燃烧和排放的影响

利用CONVERGE软件研究不同压缩比和EGR率对预混压燃(PCCI)柴油机燃烧和排放的影响规律。在1 650 r/min转速50%负荷下,采用小喷油锥角和4次多脉冲预喷射喷油策略实现PCCI燃烧。结果表明,降低压缩比能够显著推迟缸内着火时刻,强化油气混合,同时降低NOx和干碳烟的排放,但油耗会提高;随着EGR率的增大,缸内着火延迟时间越长,燃烧爆发压力、缸内平均温度、瞬时放热率峰值和缸内压力升高率则相应降低,同时NOx排放下降,干碳烟排放升高,油耗升高。     

点火时刻对缸内直喷汽油机燃烧过程影响的研究

利用计算流体力学(CFD)仿真技术,建立了某分层稀薄燃烧缸内直喷汽油机(GDI)的计算模型.研究了点火时刻对该GDI发动机缸内燃烧过程影响的变化规律.结果表明,随着点火推迟,缸内最高燃烧压力降低,缸内温度先升高后降低,CO的排放逐渐降低;而随着点火时刻提前,最大放热率峰值先增加后减小.     

基于Converge的F-T煤制油燃烧与排放特性数值模拟研究

为了研究煤制柴油对柴油机燃烧排放性能的影响,通过Converge软件对1台1.46 L缸内直喷高压共轨柴油机燃烧F-T煤制油进行仿真试验,并与石化柴油的燃烧过程进行对比.研究结果表明:在柴油机低转速工况下,燃用F-T煤制油有效功率降幅较小,随着转速的升高,有效功率降幅增大;燃用F-T煤制油缸内压力低于燃用普通柴油,开始放热时刻较早,预混阶段喷油量较少使得预混放热峰值较低,在扩散燃烧阶段放热峰值高于普通柴油;燃用F-T煤制油炭烟排放量相比于柴油降低42％,NOx排放降低31％.     

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。     

MPI+GDI发动机稀薄燃烧性能研究

为了研究甲醇替代比和过量空气系数对复合喷射发动机稀薄燃烧及排放特性的影响,本研究基于1台自行改造的包含甲醇进气道喷射和汽油缸内喷射(M PI+GDI)的光学复合喷射系统发动机,建立三维仿真模型,进行缸压试验验证,研究稀薄燃烧条件下不同过量空气系数和甲醇替代比下缸内燃烧和排放特性.研究结果表明:随着过量空气系数的增大,火焰传播变慢,放热率峰值出现也晚,后燃现象增强,缸内压力峰值降低且相位推迟,指示热效率呈上升趋势;CO和NO x排放下降,未燃碳氢化合物(THC)排放先降后升,过量空气系数为1.4时最低,原因是适当增加过量空气系数可使燃烧更充分,但是过量空气系数过大导致燃烧不稳定.随着甲醇替代比增加,缸内压力峰值不断增加且相位提前,高甲醇比例的燃料燃烧速度快,燃烧重心前移,排气温度降低,NO x排放增加,T HC排放先降后升,CO排放降低.研究结果为甲醇汽油复合喷射发动机的参数优化设计提供了理论依据.     

甲醇-汽油复合喷射发动机燃烧排放性能研究

为了研究不同比例甲醇和汽油混合燃料对发动机燃烧排放性能的影响,对1台1.4 L缸内直喷发动机加装了进气道喷射系统,改造为甲醇进气道喷射(MPI)+汽油缸内直喷(GDI)发动机,运用CFD技术建立该发动机模型,对不同甲醇热值替代比下的缸内混合气形成、燃烧和排放特性进行了研究。研究结果表明:在混合气形成方面,随着甲醇替代比的提高,缸内温度逐渐下降(但在点火时刻缸内温度下降趋势减缓),未蒸发燃料质量迅速增加。在缸内燃烧方面,提高甲醇替代比能够有效地加速缸内燃烧过程,提高缸内峰值缸压和峰值放热率,缩短滞燃期和燃烧持续期,使燃烧重心提前,但较高甲醇替代比下加速燃烧过程趋势减缓。在排放物生成方面,随着甲醇替代比的提高,NO_x排放逐渐增加,CO总排放量降低,但峰值CO量却呈现先增后减趋势,THC排放逐渐增加,其中大部分为未燃甲醇。     

微量柴油引燃高压直喷天然气发动机燃烧循环变动研究

微量柴油引燃高压直喷天然气发动机排放低于同排量柴油机,热效率与同排量柴油机相当,具有良好的发展前景。对于高压直喷天然气发动机,循环变动特性直接影响了其运行的稳定性,但目前的研究大多针对发动机的燃烧和排放特性,对循环变动的研究十分有限。以一台微量柴油引燃高压直喷天然气发动机为研究对象,对其外特性工况下不同运行参数的循环变动进行了研究。结果表明:随天然气喷射提前角增加,最大燃烧压力的循环变动呈现先增加后减小的趋势,低速下最大燃烧压力的循环变动相对较高;滞燃期和50%燃料燃烧相位角的循环变动随天然气喷射的提前和转速的增加而增加;在24MPa喷射压力下,平均有效压力的循环变动随天然气喷射提前角的增加而增加,而在30MPa下,平均有效压力循环变动随天然气喷射提前角的变化规律与转速有关;在高转速下,平均有效压力的循环变动相对较高;燃料的喷射压力对各参数的循环变动影响很小。     

引燃油量对柴油引燃天然气发动机燃烧特性的影响

在一台由六缸柴油机改造的柴油引燃天然气发动机上进行试验,以分析引燃柴油量对该发动机燃烧过程的影响。结果表明:随着引燃柴油量的增加,放热率曲线由双峰逐渐过渡为单峰,发动机热效率明显提高。压力升高率随引燃油量的增加和喷油时刻的推迟而降低,而燃烧持续期随引燃油量的增加变化不大。     

掺烧比对电控共轨柴油机燃用 LNG-柴油双燃料燃烧特性的影响

为了在柴油机上使用液化天然气（LNG）,将电控共轨柴油机改装为柴油引燃天然气的双燃料发动机,通过天然气喷嘴将 LNG 喷入进气管。利用双燃料发动机台架试验,对比分析了转速为1200 r／min ,100％负荷下,掺烧比对电控共轨柴油机燃用 LNG‐柴油双燃料燃烧特性的影响。研究结果表明,随着掺烧比的增大,双燃料发动机的缸内压力先升高后降低,压力升高率和瞬时放热率增大,峰值压力循环变动系数增大。     

基于内窥镜的汽油发动机喷水可视化研究

设计了高速内窥镜系统,对汽油发动机进气道内的水雾喷射过程进行了可视化研究。对比了两种喷水器布置、不同喷水时刻和不同喷水压力下的水雾喷射过程,并结合台架数据分析了这些因素对发动机燃油消耗率和NO_x排放的影响。结果表明,在3 000 r/min@1.4 MPa工况下,使用3∶10的水油质量比,发动机喷水后燃油消耗率降低约3%,NO_x排放降低约20%。喷水器结构和布置方案对喷水效果影响不大。喷水时刻影响水雾进入缸内蒸发冷却的过程,不同喷水时刻下发动机燃油消耗率略有差异,NO_x排放变化趋势与燃油消耗率相反。喷水压力影响水滴雾化和运动过程,高喷射压力下雾化变好,但会使水滴在进气道内提前蒸发,反而降低其对缸内的冷却效果,试验在0.8 MPa喷射压力下燃油消耗率最低,而NO_x排放随着喷射压力的升高逐步降低。     

喷油时刻和EGR对Diesel/MF混合燃料燃烧和排放的影响

在一台压燃式发动机上,进行了燃用2-甲基呋喃(MF)及其与柴油混合燃料的发动机燃烧和排放特性的试验研究。结果表明:喷油时刻接近上止点时,缸内压力峰值降低,废气再循环可明显降低缸内峰值压力和放热率;喷油时刻提前CO排放降低;推迟喷油和采用废气再循环(EGR)可明显降低NOx排放;混合燃料可以明显降低碳烟排放;相同的喷油时刻下,废气再循环对小颗粒的影响较小,对大颗粒的影响较大;喷油时刻越靠近上止点,废气再循环对颗粒数量浓度的影响越大;喷油时刻早于上止点前12.5°CA时,在废气再循环的影响下,大颗粒物数量增多,颗粒物质量浓度也随之增大。     

CNG/柴油双燃料发动机燃烧特性研究

基于某高压共轨柴油机进行CNG/柴油双燃料发动机的燃烧特性研究。在不同工况下通过改变引燃柴油的喷射参数及空燃比改变燃烧特性,对发动机燃烧压力进行实时测量,对比分析双燃料发动机与柴油机的燃烧差异及引燃油量、引燃时刻和空燃比对双燃料发动机燃烧的影响。基于试验得出双燃料发动机的放热率、起燃时刻及燃烧持续期等特征,从而给出双燃料发动机性能提升建议。     

天然气发动机最高转速准均质压燃特性的研究

就国产6110增压中冷发动机燃烧天然气的一些性能进行了研究。在压缩终了被少量柴油引燃的均匀天然气混合气的燃烧接近均质压燃燃烧过程。采用了发动机缸内分析以及相应工况的排放测试对比分析方式，对发动机的燃烧特性进行了试验研究。     

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。     

天然气发动机稀燃工况燃烧循环变动特性研究

对一台点燃式多点电喷天然气发动机在稀燃工况下进行试验,获得了各工况下的连续循环缸内压力数据,并计算了每循环与压力相关的燃烧循环变动特征参数及循环变动系数,进而研究了稀燃工况下天然气发动机的燃烧循环变动特性。结果表明,在稀燃条件下,每循环缸内峰值压力与平均指示压力有稳定的线性相关关系,每循环缸内峰值压力出现时刻与峰值压力和平均指示压力的线性相关关系随当量比的减小,均出现了由负相关到正相关的转变,并且混合气当量比越小,天然气发动机的燃烧循环变动越明显,在当量比为0.60~0.65时,平均指示压力变动系数有加速增长的趋势。     

喷射时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在一台由1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283 K,研究了喷射时刻对甲醇发动机低温(266 K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:推迟喷射时刻能够改善缸内燃烧,使得缸内混合气能够得到较为充分燃烧,减小未燃甲醇排放,当喷射时刻由53°BTDC推迟到49°BTDC时,未燃甲醇排放显著减少;喷射时刻由57°BTDC推迟到49°BTDC时,甲醛排放增大,但当喷射时刻继续推迟到45°BTDC时,缸内最高燃烧温度超过1 200 K,使得甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

重型柴油机燃用不同柴油替代燃料的性能研究

对乖型柴油机燃用纯柴油、体积混合比例为1:9的天然气合成油(GTL柴油)与柴油混合燃料(G10)、体积混合比例为1:9的生物柴油与柴油混合燃料(BD10)、纯GTL柴油(G100)及纯牛物柴油(BD100)5种燃料的动力性、经济性及燃烧特性进行了研究.结果表明,BD10、G10与纯柴油有相似的燃烧特性,额定转速F G100的缸内工作压力增大,BD100的缸内工作压力显著降低;G10油耗较之BD10降低2.43%,功率较之BD10平均高2.78%;与燃用纯柴油的油耗相比,G100平均降低2.62%,BD100平均高出13%;除NOx排放外,生物柴油在降低CO、HC、PM的排放上均有所改善.