发动机燃用煤层气燃料时燃烧特性的试验研究

用天然气掺加氮气来模拟煤层气燃料,在一台由柴油机改装的单缸火花点火发动机上开展了燃用煤层气时的燃烧特性,包括燃烧期及其循环变动性能的试验研究,结果表明,不同负荷下,随着氮气体积分数的增加,最大缸压对应的曲轴转角延迟,压力升高率降低,火焰发展期明显变长.当氮气体积分数为20%时,燃烧较稳定,当氮气体积分数增大至30%时,燃烧循环变动明显加剧,但随着发动机负荷的增加循环变动减小.     

含水乙醇汽油发动机循环变动研究

通过测取和处理分析汽油机燃用含水乙醇汽油时的缸内压力数据,对比分析平均指示压力、最高燃烧压力和质量燃烧百分率等不同循环变动表征参数,并且通过探讨平均指示压力与燃烧相位间的相关性,深入研究了含水乙醇汽油发动机的燃烧循环变动。结果表明:在低转速中等负荷下,汽油机燃用E10W5含水乙醇汽油相比于纯汽油循环变动增大;燃烧循环变动主要发生在燃烧初期;滞燃期和主燃期循环变动对平均指示压力循环变动影响较大。     

不同过量空气系数下天然气发动机循环变动特性研究

试验研究了过量空气系数对天然气发动机循环变动特性的影响,研究结果表明,当过量空气系数从1逐渐增大到1.8时,发动机的循环变动增大。最高燃烧压力(pmax)与平均指示压力(pmi)有一定的相关性,高的pmax循环对应着高的pmi循环。高的pmi和pmax对应着短的火焰发展期(θd),短的50%质量已燃持续期(θx=0~0.5)和短的燃烧持续期(θb)。而且,pmax与其对应的曲轴转角(φpmax),最大压力升高率(λpmax)与pmi,θd与θx=0~0.5,θd与θb都存在很好的对应关系。     

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。     

高能点火对汽油发动机燃烧稳定性的影响分析

基于自行搭建的高能量点火装置,针对发动机在冷起动测试中燃烧不稳定的问题,进行了发动机试验,研究了在不同点火能量下发动机冷起动测试时的燃烧情况。研究结果表明:随着点火能量的不断提高,点火火弧受气流的影响延伸发展的长度明显增长,发动机在冷起动时的燃烧速率有明显提升,燃烧过程中火焰发展期与主燃期之间存在相对良好的相关性,同时未完全燃烧循环和失火循环数明显减少,燃烧循环变动从14.85%减少到4.22%。由此可见,合理提高点火能量是提高燃烧稳定性的一个很有效的方法,高能量点火是未来发动机研究的一个重要方向。     

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。     

循环变动表征参数的经济样本容量研究

以循环变动研究中应用最广泛,对燃烧过程差异反应最敏感的最高燃烧压力为研究对象,在全工况区域选取120个试验点,每个试验点测录12 000样本观测值,对样本容量及采样方法对最高燃烧压力循环变动评价参数的影响进行了全面研究。研究结果表明,样本容量对评价参数的计算精度具有主要影响,在兼顾试验费用和精度要求的情况下,每个试验点的经济样本容量以2 000个~3 000个循环较为适宜。     

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。     

增压柴油机燃烧循环变动分析

测量直喷式增压柴油机燃烧过程,分析负荷、转速及供油提前角对燃烧过程循环变动的影响。结果表明,在全负荷速度特性下,平均指示压力和最高燃烧压力循环变动率较小,最大压力升高比循环变动率较大。平均指示压力循环变动率随负荷增加而减小,供油提前角变化时,燃烧过程循环变动变化不大。     

ＬＰＧ／柴油双燃料发动机优化研究

本文采用复燃料供给方式，在单缸直喷式柴油机上进行了ＬＰＧ／柴油双燃料的优化试验研究，对比分析了柴油和双燃料及不同掺烧比下双燃料的燃烧特性，着重研究了分析了双燃料发动机在不同压缩比下的最高燃烧压力、最大压力升高率、压力循环变动及燃烧放热规律，并以此为依据优选了双燃烧发动机的压缩比。试验结果表明，降低压缩比后，双燃料发动机的最高燃烧压力及最大压力升高率均有较大降低，同时压力循环变动变小，但着火延迟期，燃烧持续期都会有所增加。     

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。     

新型复合含氧添加剂对柴油机燃烧特性的影响

分析了自行研制的新型复合含氧添加剂(记为FHYJ)的理化特性,在车用BJ493Q柴油机上进行了燃用FHYJ掺烧比例为9%的FHYJ—柴油混合燃料的试验,测量了缸内压力、压力升高率和放热率。比较和分析了燃用柴油和FHYJ—柴油混合燃料的燃烧特性,探讨了添加剂和混合燃料对柴油机滞燃期、预混合燃烧期、扩散燃烧期以及燃烧持续期等参数的影响。结果表明,在柴油机不作任何改动的前提下,掺烧FHYJ清洁燃料复合含氧添加剂,缸内压力、压力升高率和放热率在低负荷下均与原机基本相当,在中、高负荷有所下降,滞燃期、预混燃烧期均较原机延长,扩散燃烧期和燃烧持续期均较原机缩短,且其变化程度均随负荷的增大而增大。     

发动机燃用生物柴油对NO_x排放影响的试验研究

在一台涡轮增压直喷式柴油机上分别燃用生物柴油、掺混油和石化柴油进行试验,对滞燃期、燃烧始点、燃烧压力、燃烧温度、预混燃烧放热规律和扩散燃烧放热规律等燃烧参数对NOx排放的影响进行了研究。结果表明,随着燃料中生物柴油含量的增加,发动机滞燃期缩短,燃烧始点提前,最高燃烧压力增加,最高燃烧温度上升,预混燃烧累积放热率减小,扩散燃烧累积放热率增大;燃烧参数的变化是造成NOx排放升高的主要原因。     

容弹实验装置的混合气配制及点火系统

定容燃烧弹主要模拟活塞在上止点附近内燃机的燃烧，其特点是能较方便地改变热力参数、湍流参数以及点火参数。设计了一种可变湍流参数定容燃烧弹实验装置，以用于预混燃烧的研究，详细介绍了该实验装置的混合气配制和主点火系统的设计原理、组成及其特点。     

Effects of altitude on combustion characteristic during cold start of heavy-duty diesel engine

Altitude has a significant effect on combustion of heavy-duty diesel engines, especially during cold start. An experimental study on a heavy-duty diesel engine operating at different altitudes was conducted. Tests were based on a direct injection (DI) turbocharged diesel engine with intake and exhaust pressure controlled by the plateau simulation test system to stimulate altitude conditions including 0 m, 1000 m, 2000 m, 3000 m and 4000 m. Results indicated that the compression and expansion resistance moment reduced and the speed increased during the cranking period. The peak pressure of several cycles was increased during the start-up period; however, the expansion pressure dropped more and the indicated mean effective pressure (IMEP) reduced as the altitude rose. While at an altitude of over 2000 m, the peak pressure fluctuated obviously during the start-up period. The higher the altitude was, the more the fluctuation amplitude and cycle number increased and combustion instability enhanced, which resulted the start-up period time increasing at high altitude. When the altitude rose, the cycle-to-cycle variation of the peak pressure and speed fluctuation increased during the idle, the ignition and CA50 were delayed and the combustion duration was shortened. The effect of altitude on combustion characteristics of the diesel engine was more significant during the start-up period than during its idle period.     

Effect of direct in-cylinder CO2 injection on HCCI combustion and emission characteristics

Fuel injection during negative valve overlap period was used to realize diesel homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion. In order to control the combustion, CO₂ in-cylinder injection was used to simulate external EGR. Effects of CO₂ injection parameters (injection timing, quantity, pressure) on HCCI combustion and emission characteristics were investigated. Experimental results revealed that CO₂ in-cylinder injection can control the start of combustion and effectively reduce NO_x emission. Either advancing CO₂ injection timing or increasing CO₂ injection quantity can reduce peak cylinder pressure and mean gas temperature, delay the starts of low temperature reaction (LTR) and high temperature reaction (HTR), and lower pressure rise rate; NO_x emission was reduced, while smoke, HC, and CO emissions increased. Since the combustion phase was improved, the indicated thermal efficiency was also improved. Injection pressure determines the amount of disturbance introduced into the cylinder. Generally, with the same injection quantity, higher injection pressure results in higher momentum flux and total momentum. Larger momentum flux and momentum has a stronger disturbance to air-fuel mixture, resulting in a more homogeneous mixture; therefore, larger injection pressure leads to lower NO_x and smoke emissions.     

柴油HCCI燃烧负荷边界判定依据研究

通过对HCCI燃烧负荷边界燃烧变化规律及判定依据的研究,基于单缸HCCI柴油机实测气缸压力,探讨了HCCI燃烧负荷边界处的燃烧变化规律,着重分析负荷、转速对气缸压力、燃烧放热率、循环变动率和最大压升率的影响,通过对负荷上限和下限敏感的最大压力升高率和循环变动率等参数的变化研究,确定负荷边界判定依据。     

柴油机燃烧压力波动特性的试验研究

测量了发动机燃烧过程,分析了燃烧过程中出现的压力波动现象。研究表明,随着转速、负荷、供油提前角等参数的变化,柴油机的滞燃期发生了改变,从而影响了滞燃期内产生可燃混合气的量,导致了缸内压力波动。     

点火位置对汽油转子发动机燃烧过程的影响

以点燃式汽油转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的三维动态模拟,并利用试验结果进行对比验证。在此模型基础上,模拟计算和分析了4种不同点火位置对缸内压力、温度、火焰传播及NO_x生成的影响。结果表明:点火位置选择在燃烧室中轴线上,与转子凹坑中心位置重合,能优化燃烧,获取较大的功率;在燃烧室后部点火时,燃烧初期火焰传播速度快,压力升高率大,但是受限于燃烧室后部燃料少,压力峰值不高,且NO_x的生成量偏高;在燃烧室前部点火时,在补燃期阶段燃烧速度最快,但是点燃后压力升高阶段的燃烧效率一般;点火位置位于燃烧中轴线两侧错位排布时,燃烧效率低下导致压力峰值最低,同时NO_x的生成量稍高;一定工况下,双点火位置的坐标分别为(10 mm,-56 mm,-37.2 mm)和(-10 mm,-56 mm,-37.2mm)时,该发动机能获得最大的功率且NO_x生成量较少。     

柴油机燃用甲醇—生物柴油—柴油微乳化燃料燃烧特性分析

在柴油机结构不做改动的情况下,基于燃烧示功图的分析,定量研究了甲醇含量对燃烧压力、压力升高率、燃烧放热规律和循环变动量的影响。结果表明:甲醇的含量越大,滞燃期越长;燃烧压力和最大压力升高率均增大且出现的位置后移,其中燃用M15最大压力升高率接近0.45 MPa/°CA;累积放热率达到95%时,燃用柴油为上止点后55°CA,燃用M5和M10为上止点后53°CA,燃用M15为上止点后57°CA,位置差别不大。甲醇含量增加,柴油机循环变化量增大,燃用M0的COVpmi为1.61%,燃用M10的COVpmi为1.82%,燃用M15的COVpmi为3.32%。