掺混比例和预喷定时对二甲醚-乙醇发动机燃烧和排放的影响

针对一台电控共轨二甲醚发动机,研究了乙醇掺混比例和预喷定时对发动机燃烧及排放的影响。结果表明,采用预喷策略后,混合气放热模式由单阶段放热转变为两阶段放热,主喷定时对缸内燃烧规律影响明显变弱。随着预喷定时的提前,放热模式由两阶段转变为三阶段,NO_x排放显著降低,CO和HC排放逐渐升高。最大压力升高率在预主喷间隔角为20°CA时,由预喷燃料燃烧引起,而预喷定时提前后主要由主喷燃料燃烧引起。相同预喷定时工况下,随着乙醇掺混比例的增加,预喷燃料的放热峰值降低,放热始点延后;NO_x排放降低,CO和HC排放增大。     

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。     

汽油／柴油混合燃料对压燃式发动机预混燃烧及排放的影响EI北大核心CSCD

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的预混合燃烧特性进行了试验研究,分析了汽油掺入比例、EGR以及喷油参数对发动机燃烧过程和排放的影响规律。结果表明:汽油/柴油混合燃料可有效延长燃烧过程的滞燃期,缩短燃烧持续期,有利于增大预混合燃烧量;提高汽油掺入比例,可有效拓展发动机实现预混压燃的负荷范围,能够在不引起NO_x增加的前提下显著降低排气烟度。采用汽油/柴油混合燃料配合EGR技术有利于同时降低NO_x及排气烟度,随着EGR的引入,NO_x排放呈线性下降趋势,且在低进气氧浓度条件下可实现较好的烟度排放。大负荷工况下,利用EGR和两段喷射协同控制策略,并合理匹配预喷参数,可在不降低热效率的情况下,进一步改善发动机的排放特性。     

汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机预混燃烧及排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的预混合燃烧特性进行了试验研究,分析了汽油掺入比例、EGR以及喷油参数对发动机燃烧过程和排放的影响规律。结果表明:汽油/柴油混合燃料可有效延长燃烧过程的滞燃期,缩短燃烧持续期,有利于增大预混合燃烧量;提高汽油掺入比例,可有效拓展发动机实现预混压燃的负荷范围,能够在不引起NO_x增加的前提下显著降低排气烟度。采用汽油/柴油混合燃料配合EGR技术有利于同时降低NO_x及排气烟度,随着EGR的引入,NO_x排放呈线性下降趋势,且在低进气氧浓度条件下可实现较好的烟度排放。大负荷工况下,利用EGR和两段喷射协同控制策略,并合理匹配预喷参数,可在不降低热效率的情况下,进一步改善发动机的排放特性。     

共轨柴油机燃用柴油-异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性

在1台高压共轨柴油机上研究了柴油-异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性。结果表明：在不同发动机负荷和不同EGR率下,与柴油相比,柴油-异丙醇混合燃料的滞燃期明显延长,预喷燃料峰值放热率增加,主喷燃料峰值放热率略有降低,中高负荷下扩散燃烧强度明显增加,峰值缸内平均温度增加;NO_x排放略有增加,炭烟排放、颗粒物数量浓度和体积浓度均显著降低。与燃用柴油相比,柴油-异丙醇混合燃料联合EGR可以同时降低NO_x和颗粒物排放。     

预喷正时对柴油发动机燃烧和排放特性的影响

文章研究了预喷正时对柴油发动机燃烧和排放特性的影响,通过调整一台高压共轨直列四缸柴油发动机预喷时刻,进行相关台架试验。分析了预喷时刻对压力升高率、瞬时燃烧放热率、有效压力循环变动系数、缸内温度等燃烧特性的影响,以及对超细颗粒物、NOx比排放和大颗粒物数目比排放等排放特性的影响。试验结果表明,随着主预喷间隔的增大,峰值压力升高率降低,瞬时放热率峰值提前,超细颗粒物浓度下降,大颗粒和NOx比排放持续降低。因此可以在不改变柴油机整体结构的前提下,通过调整预喷时刻,有效改善发动机的燃烧性能,减少污染物的排放。     

预喷射对生物柴油发动机燃烧及排放特性影响研究

研究了不同预喷条件下满足国Ⅴ排放的高压共轨柴油机燃用混合燃料BD20（含80％体积分数的国Ⅴ柴油和20％体积分数的餐饮废油制生物柴油）的燃烧及排放特性。结果表明：采用预喷射后滞燃期有所缩短,燃烧持续期有所增大。相比于预喷间隔,预喷油量对滞燃期及燃烧持续期的影响更为显著;预喷射显著减小了主燃烧的压力升高率,改善了燃烧的剧烈程度,且低负荷取较小预喷间隔、高负荷取较大预喷间隔效果较优;采用预喷射后NO x 排放均有所降低,大部分预喷射条件下PM 排放有所增加,各负荷均存在着较佳预喷射方案,可以同时改善NO x 及PM 排放。     

负荷、预喷与主喷时刻对柴油机富氧燃烧的影响

柴油机热效率高,动力性能优越,广泛应用于汽车和工程机械中。但由于柴油机扩散燃烧的特点,容易在燃烧室的局部形成过浓区域,使其碳烟排放一般较高。针对柴油机碳烟排放的问题,通过改变进气中氧气的体积分数,实现了柴油机富氧燃烧。在氧气体积分数分别为21%,23%,25%,27%,29%的条件下,试验研究了在不同的负荷、不同主喷时刻和预喷时刻下柴油发动机燃烧和排放特性。研究结果表明:在所研究的负荷范围和主喷、预喷时刻条件下,随着进气氧浓度提高,预喷放热提前,放热峰值提高;主喷放热略有提前,放热峰值基本不变;NO_x排放显著增加,且指示热效率提高;在小负荷工况下,随着进气氧浓度的增加,燃烧持续期基本不变,排气烟度变化不大,但燃烧效率明显改善;在大负荷工况下,随着进气氧浓度的增加,燃烧持续期明显缩短,燃烧效率变化不大,排气烟度在进气氧浓度达到25%之前,随着进气氧浓度的提高而明显降低,进一步增加进气氧浓度对排气烟度的影响不再显著;随着主喷时刻的提前,排气烟度降低,NO_x排放略有升高,热效率增加;预喷时刻变化对发动机燃烧排放特性的影响较小。     

预混合氢气对柴油机燃烧和排放性能的影响

针对预混合氢气的柴油机,在AVL Fire软件上建立了计算模型,并与试验结果进行对比,验证模型的准确性。在此基础上改变了喷射策略,对发动机缸内工作过程及相应的燃烧和排放性能进行数值模拟和分析。研究结果表明：随着预混合氢气质量分数的增加,缸内压力和温度升高,NOx 排放恶化,Soot排放改善;随着预喷射油量和预喷间隔角的增加,NOx 质量分数升高,Soot质量分数降低;随着后喷射喷油量的增加,缸内压力和放热率稍微减小,NOx 和Soot质量分数降低;随着后喷间隔角的增加,缸内压力、放热率、NOx 和Soot排放均未发生明显变化。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的燃烧特性

针对1台6缸增压中冷电控高压共轨柴油机,在不改变原柴油机结构和喷油参数的条件下,研究了生物柴油的掺混比例对发动机燃烧特性的影响。结果表明:小负荷时发动机有预喷射,随着生物柴油掺混比的增大,生物柴油-柴油混合燃料的滞燃期缩短、缸内最高燃烧压力下降,预喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值减小,且对应的相位提前;主喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值增大,且对应的相位后移。随着负荷的增大,发动机喷油策略改为单次喷射,随着生物柴油掺混比的增大,缸内最高燃烧压力下降,燃烧持续期缩短,压力升高率峰值略有增大,瞬时燃烧放热率峰值逐渐减小且对应的相位前移。两种不同负荷条件下,随着生物柴油掺混比的增大,混合燃料的指示热效率逐渐下降。     

预喷对柴油机燃烧与排放的影响

在一台4缸柴油机上研究预喷策略(预喷率和预喷间隔)对燃烧与排放特性的影响。研究结果表明:与单次喷射相比,采用预喷策略后,最大压力升高率和NO_x排放降低,soot、THC和CO排放升高,热效率提高;增大预喷率,预喷放热率峰值、soot、THC和CO排放升高,NO_x排放降低;增大预喷间隔,热效率和soot排放降低,最大压力升高率、THC和CO排放升高;改变预喷间隔对NO_x排放无明显影响;在小负荷工况下,与单次喷射相比,采用大预喷率和小预喷间隔策略能同时实现柴油机较高热效率和较低NO_x排放。     

多次喷射对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

基于1台高压共轨涡轮增压柴油机,采用不同的预喷正时、预喷油量与后喷正时等,研究了多次喷射对燃烧放热、排放生成与燃油经济性的影响,以实现均质压燃和低温燃烧过程。研究结果表明:随预喷正时提前,缸内峰值压力降低,主燃阶段的滞燃期缩短,NOx和炭烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷阶段燃烧的放热率和最大压力升高率增大,NOx和HC排放增大,而PM和CO排放降低;随后喷始点推迟,缸内压力与主放热率峰值差异变小,NOx排放降低,但炭烟排放先增大后逐渐降低。     

汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及超细微粒排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的燃烧和排放特性进行试验研究,分析不同汽油掺入比例对发动机的燃烧过程和微粒排放粒度分布的影响规律。结果表明,燃用汽油/柴油混合燃料改善了燃料的挥发性,有助于加快油气混合,增大预混合燃烧量,显著降低排气烟度,但会导致NO_x排放增加,在较大负荷工况下更为明显。引入适当的废气再循环,可同时降低NO、和微粒排放。随汽油掺入比例的增加,燃烧持续期缩短,有利于改善燃烧定容性,配合EGR、喷油参数等燃烧边界条件的控制,合理匹配燃烧相位,有利于提高发动机热效率。但过大的汽油掺入比例易导致燃料着火性变差,滞燃期延长,燃烧相位过于推迟,热效率有所降低。燃用汽油/柴油混合燃料时,微粒数量浓度分布曲线中核态微粒与积聚态微粒数量浓度峰值均向小粒径方向移动。随着负荷的增加,预混合燃烧量减少,汽油掺入比例对微粒排放浓度的影响加大。在中等负荷工况下,汽油掺入比例在40%以上的混合燃料能够有效降低积聚态微粒数量浓度。     

生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

为了改善发动机燃用高比例生物质混合燃料的性能,在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别添加5%、10%和20%体积比的乙醇（分别用BD50E5,BD50E10和BD50E20表示）,在一台6缸增压共轨柴油机上,将发动机的转速稳定在1 600 r·min^-1,选择7个不同的负荷点测定不同掺混比生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的燃烧与排放性能,并将其与柴油进行对比。结果表明：在平均有效压力为0.322 MPa的低负荷条件下,发动机为预喷加主喷喷油策略,在预喷的低温反应阶段生物柴油-柴油-乙醇混合燃料产生了大量羟基自由基,因此混合燃料的缸内最大压力和最大瞬时放热率均高于柴油;随着负荷的增大,当平均有效压力为0.805 MPa时,发动机的喷油策略转变为单段喷射,乙醇的热值较低导致生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的缸内最大压力和最大瞬时放热率低于柴油;随着乙醇掺混比的增大,受乙醇低十六烷值和高汽化潜热的影响,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的滞燃期明显延长;强烈的预混燃烧和乙醇的高含氧量使混合燃料的燃烧速度明显加快,乙醇的添加有利于燃料集中放热从而缩短燃烧持续期;与纯柴油相比,BD50E5,BD50E10和BD50E20的NO_x排放量分别升高了10.46%、12.59%和17.52%,碳烟排放量分别降低了37.91%、45.85%和49.25%,CO排放量分别降低了20.24%、36.43%和46.43%,HC排放量分别降低了12.53%、4.40%和0.76%。     

预喷策略耦合EGR对DN双燃料发动机工作过程的影响

基于三维流体力学软件,模拟研究了不同预喷策略耦合EGR对柴油/天然气(DN)双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,研究表明:柴油预喷射量(FDIR)固定,预喷时刻(FDIT)提前至-10(°)CA ATDC以前时,燃烧质心(CA 50)更加靠近上止点,有利于降低CH_4、HC、CO和Soot排放,但NO_x排放大于单次喷射且在-20(°)CA ATDC时达到峰值;FDIT提前至-10(°)CA ATDC时,FDIR的增加对排放影响不大,FDIT提前至-10(°)CA ATDC以前时,较大的FDIR使CH_4、HC、CO和Soot排放保持在较低水平;随EGR率增加,不同预喷策略下CH_4、HC、Soot、CO排放总体呈上升趋势;当EGR率达到15%、FDIT提前至-20(°)CA ATDC、FDIR为30%时各项排放值均低于单次喷射;当EGR率达到25%时,缸内燃烧变差,不同预喷策略下NO_x排放均降至最低,CO、Soot排放都超过了单次喷射。     

柴油机燃用醇醚-柴油混合燃料的燃烧特性与排放的试验研究

在增压中冷4100柴油机上进行了D40(含40%质量分数二甲醚的二甲醚柴油混合燃料)、M15(含15%体积分数甲醇的甲醇柴油混合燃料)和柴油3种燃料燃烧特性与污染物排放的试验研究。结果表明,D40发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均低于柴油机,燃烧持续期与柴油机相当;M15发动机的最高燃烧压力和峰值放热率均高于柴油机,燃烧持续期较短;D40发动机的NOx排放和烟度均明显低于柴油机,可较好地解决NOx和碳烟排放之间此消彼长的问题;M15发动机可以降低碳烟排放,但NOx的排放明显上升。两种混合燃料发动机的HC排放在全转速范围均高于柴油机,而CO排放在低转速时低于柴油机,高转速时高于柴油机。     

喷油策略对柴油机燃烧噪声及排放影响的模拟研究

进行了通过优化高压共轨系统燃油喷射策略来改善缸内燃烧排放性能的研究,基于AVL Fire软件,针对1015柴油机开展了不同燃油喷射策略下的喷雾燃烧和排放的数值模拟,建立了数学模型并验证了模型的可靠性,分析了一次预喷的预喷时刻、预喷量、主喷提前角对燃烧噪声及排放的影响,揭示了各参数对燃烧噪声和NOx及炭烟生成的影响机理,为进一步优化预喷方案提供了理论依据。     

煤基醇类混合燃料柴油机的燃烧及排放特性

利用煤基费托(Fischer Tropsch,F-T)燃料的高十六烷值特性和醇类燃料的含氧特性,提出了F-T柴油掺烧醇类燃料的煤基混合燃料的思路。在F-T柴油中添加10%体积比的甲醇﹑乙醇与丁醇燃料,通过与0#柴油比较来研究不同的醇燃料对发动机性能的影响规律。结果表明:相对于0#柴油,该混合燃料的燃烧始点提前,燃烧放热中心累计放热量达50%时对应的曲轴转角CA50向后推迟,燃烧放热率第一峰值点降低,预混合燃烧放热量降低;第二峰值点升高,扩散燃烧所占比重增加。在外特性下,混合燃料的NO_x﹑碳烟与HCHO排放都大幅降低,并且相同体积甲醇燃料对于柴油机排放的优化效果更加明显。     

不同喷射策略下CRDI柴油机燃用柴油-桐油-乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

在1台共轨直喷(CRDI)柴油机上开展了不同喷射策略下桐油、乙醇与柴油混合燃料的燃烧和排放特性研究。试验结果表明:与0号柴油相比,混合燃料的着火延迟期稍长,缸内压力峰值和放热率较高,但燃烧持续期稍短;随着桐油和乙醇体积分数的增加,有效热效率(BTE)也随之增大。在低负荷时,混合燃料的CO和HC排放较高,且随着桐油和乙醇所占体积分数的增大而增加;混合燃料的NO_x排放在低负荷时较低,在高负荷时略高;在高负荷时,混合燃料的炭烟排放大大减少。总体而言,混合燃料中乙醇对发动机性能的影响比桐油大。     

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。