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。     

柴油机预混合燃烧技术

介绍了近年来在柴油机上进行了一系列实现均质预混合燃烧技术的研究 ,包括预混稀薄狄塞尔燃烧系统 ,UNIBUS燃烧系统 ,均质充气压缩着火 (HCCI)燃烧系统 ,准均质预混合气充气压缩点燃 (QHCCI)燃烧系统 ,提出这些研究对于根本解决扩散燃烧的缺陷所具有的重要意义。     

柴油机不同负荷混合气形成与燃烧过程研究

应用柴油机工作过程可视化装置对柴油机在不同负荷下的混合气形成与燃烧过程进行了试验研究。研究结果表明:在小负荷时柴油机的混合气形成与燃烧过程表现为预混合多点同时压燃;在一定范围内,随喷油量的减少和喷油提前角的加大,柴油机着火滞燃期延长,有利于形成预混合压燃。     

柴油机缸内两相流卷吸效应对燃烧模式的影响

预混合燃烧和扩散燃烧是柴油机的基本燃烧模式，本文选取高压共轨直喷柴油机两种典型燃烧室：缩口型燃烧室和扩口型燃烧室，通过仿真计算研究在不同背景气流环境下基于卷吸效应的混合气形成机理。结果发现：喷射初期油束贯穿背景气流时，油束表面小尺度涡流引起的卷吸效应是形成预混合气的主要原因；对一定的喷射条件不同背景气流直接影响卷吸效应；缩口型燃烧室喷射初期卷吸作用强，预混合速率较快，且大部分燃料在燃烧室内部强滚流的作用下快速扩散燃烧，所以属于预混合扩散燃烧(PDC)模式，虽预混合燃烧占比小，但高温区宽；扩口型燃烧室虽喷射初期卷吸效应相对较弱，预混合燃烧速率较低，但油束冲击壁面凸台后形成二次预混合过程，使预混合气形成持续期延长，预混合燃烧占比大，形成双预混合扩散燃烧(DPDC)模式，通过这种DPDC燃烧模式可减小高温区域面积，由此有效抑制NO_x的生成。     

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。     

废气再循环对高比例甲醇双燃料柴油机燃烧过程的影响

在4B26增压柴油机上,以进气管电控喷射的方式掺入甲醇,实现甲醇/柴油双燃料的燃烧。采用废气再循环技术拓宽高比例甲醇双燃料柴油机的工况范围,研究EGR对燃烧过程的影响规律。结果表明:适当的EGR率可以显著降低燃烧初期时的燃烧反应速度和加速度,缸内燃烧压力振荡明显减弱。随着EGR率的增加,甲醇/柴油预混合燃烧量减少,滞燃期缩短,燃烧持续期延长,燃烧最高温度降低;原甲醇/柴油双燃料燃烧放热以预混放热为主;引入EGR后,预混放热量减少,扩散放热量增加。随着EGR率的增加,放热率峰值降低;在相同工况下,保持掺混48%甲醇不变时,甲醇/柴油双燃料发动机的指示热效率随EGR率的增加而降低。     

乙醇-柴油-汽油混合燃料的燃烧与排放特性

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料,对比分析了单缸四气门135柴油机燃用不同配比混合燃料时的燃烧与排放特性,同时研究了燃用混合燃料时供油提前角变化和使用HL伞喷油嘴对柴油机性能的影响.结果表明:柴油机燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料,动力性、经济性基本保持不变,碳烟和NO2排放显著降低;着火滞燃期延长,缸内平均温度下降,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短;当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时,着火滞燃期进一步延长,油气混合速率和混合气均匀度明显提高,在整个工况范围内,气缸压力和缸内平均温度均较低,碳烟和NO2排放同时降低,其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征.     

增压中冷柴油机燃用F-T柴油的燃烧特性

在4100QBZL柴油机上对比研究了0号柴油和F-T柴油的燃烧特性。通过对比发现,与燃用柴油相比,柴油机燃用F-T柴油具有如下燃烧特性:燃烧压力峰值较低,峰值出现相位滞后;压力升高率峰值显著降低,峰值出现相位提前;放热率峰值降低明显,峰值出现相位提前;燃烧温度峰值基本不变,但峰值出现相位滞后;滞燃期显著减小,预混合燃烧期增大,扩散燃烧期在低负荷时增大,高负荷时减小;预/扩燃烧系数和预/扩燃烧率均较低;有效热效率和燃油经济性有所提升。     

柴油机低温燃烧的研究进展

介绍了柴油机低温燃烧模式的概念和提出背景,详细分析了其现阶段在柴油机上的实现方式及特点,并且阐述了这种燃烧模式的最新研究进展。最后,讨论了柴油机低温燃烧模式进一步研究的方向。     

车用柴油机低油耗低排放燃烧技术研究

面对日益严格的车用柴油机排放限制和燃油经济性要求，本文概述了目前低油耗低排放技术，实验研究了极早喷射、多段喷射和ＭＫ燃烧方式的燃油经济性和排放特性，并针对涡轮增压四冲程柴油机提出了一种低温顶混合稀薄燃烧的实现途径。     

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。     

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。     

预喷射控制柴油机燃烧噪声的试验研究

研究了预喷射在高压共轨电控直喷式柴油机上控制燃烧噪声的作用。通过试验分析了不同工况下预喷射变量、预喷射定时、预喷射油量及主喷射定时的变化对燃烧噪声产生的影响。基于结果的分析,对预喷射变量进行优化。在以燃烧噪声为目标进行优化的同时,兼顾其对排放和经济性的影响。结果表明,采用预喷射可以明显改善燃烧噪声,在优化了预喷射策略之后,改善效果更明显。采用合理的预喷射策略可以明显降低燃烧噪声和NOx排放,但烟度和燃油消耗率略有增加。     

燃油品质对柴油机燃烧循环变动特性及性能的影响

燃用3种柴油进行了柴油机性能试验,研究了不同转速和负荷下柴油对燃烧循环变动特性及柴油机性能指标的影响。研究表明:在全负荷速度特性下,随着转速的升高,最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率逐渐减小;相同转速下,负荷越小,最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率越大;燃油的十六烷值越小,其自燃性越差,着火滞燃期越长;初馏温度较低时,轻馏分含量较高,参加预混合燃烧的份额大,容易造成燃烧速度加快,压力升高速度快,导致最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率变大,对应燃烧过程变粗暴,由此实现的动力性能和经济性能变差。     

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。     

中型柴油机国Ⅴ燃烧系统改进试验研究

在一台满足国Ⅴ排放法规的6缸中型柴油机上,进行了基于大压缩比和小孔数油嘴配合的燃烧系统改进试验研究。试验结果表明,大压缩比燃烧室可提升柴油机缸内燃烧速率,促进燃油经济性的改善,尤其在部分负荷更为明显,但会显著增加NOx排放和爆压水平;小孔数油嘴可弱化柴油机缸内油气混合,降低NOx比排放1~3 g/k Wh,在大喷油正时下经济性影响较小;结合油嘴垫片调节,可进一步优化燃烧室与油嘴配合,改善整机排放性能。通过燃烧系统改进,柴油机在满足国Ⅴ排放法规要求下,万有特性中低速油耗可改进1%~2%。     

柴油机喷雾燃烧过程的高速摄影及图像处理技术

介绍用于直喷式柴油机燃烧过程研究的高速摄影及图像处理技术，这一技术揭示了柴油机油气混合过程和碳粒形成－氧化之间的内在联系，从而更加全面反映了柴油机的整个燃烧过程，为深化对柴油机燃烧过程的认识提供了可靠工具。     

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。     

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。     

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。