混合气浓度对CNG发动机性能影响试验研究

在CA4102增压中冷电控多点喷射单燃料天然气发动机上进行了不同混合气浓度对发动机性能影响的试验。试验结果表明:当过量空气系数(a)从1.1变化到1.54时,小负荷工况下发动机的最大燃烧压力变化不大,大负荷时发动机的最大燃烧压力降低,放热率峰值降低,燃烧速度变慢,燃烧滞后。随a的增大,CO排放先减少后缓慢增加;NOx排放减少,在a=1.5时,NOx排放接近于0;a较小时HC排放基本没有变化,在a>1.5时,HC排放急剧上升。燃气消耗率随a的增大呈现增加的趋势,当a>1.4以后增加显著。     

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。     

EGR和稀燃对甲醇发动机燃烧及排放特性的影响

在废气再循环(EGR)和稀燃策略下,以一台进气道喷射点燃式大功率甲醇发动机为试验对象,研究了两种稀释策略及复合稀释对甲醇发动机性能、燃烧及排放特性的影响。试验结果表明：在相同的稀释率下,稀燃比EGR能拥有更高的缸压峰值、更短的燃烧持续期、更低的燃油消耗率和更高的有效热效率。稀燃策略在降低HC和CO排放方面效果较为显著,而EGR策略能更为有效地降低NO_x排放。在未燃甲醇和甲醛排放方面,稀燃策略效果都较好。与EGR单独稀释相比,复合稀释能显著提高甲醇发动机的有效热效率。复合稀释对HC排放的影响较小,在降低CO排放方面和过量空气稀释效果相似,优于EGR稀释,最大降低幅度高达80.3%;拥有更好的抑制NO_x排放的效果,最大降低幅度为97%。复合稀释时,未燃甲醇排放与EGR单独稀释时相当,高于过量空气单独稀释;高稀释程度复合稀释时,甲醛排放有所下降。     

裂解气对稀燃甲醇发动机性能影响的仿真研究

基于甲醇发动机三维模型，通过CONVERGE仿真软件计算分析了EGR稀释和空气稀释下进气道喷射裂解气对甲醇发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明：掺烧甲醇裂解气后，缸内混合气分布趋于均匀；同一稀释比下，甲醇裂解气掺烧对空气稀释下燃烧速率的提高要大于EGR稀释；相同裂解气掺烧比下，EGR稀释的CO排放和HC排放明显高于空气稀释，NO_x排放明显低于空气稀释，甲醇裂解气掺烧在空气稀释下对CO和NO_x排放的降低相对于EGR稀释更为明显，HC排放则相反；随着甲醇裂解气掺烧比的增大，EGR稀释下的最高综合指示热效率逐渐逼近空气稀释，在裂解气掺烧比达到30%时，两种稀释方式的最高综合指示热效率只相差2.6%。     

甲醇汽油机怠速稀燃特性的试验研究

为改善传统汽油机怠速稀燃的燃烧与排放特性,在1台加装了电控甲醇喷射系统的汽油机上对燃用汽油(M0)、50%质量比例甲醇汽油(M50)和纯甲醇(M100)3种燃料的发动机的怠速稀燃特性进行了试验研究。试验先后在过量空气系数a=1.1和a=1.3两组稀燃工况下进行,怠速转速稳定在800r/min左右。试验结果表明:添加甲醇后,两组稀燃工况下指示热效率均有所提升;发动机的火焰发展期、快速燃烧期和平均指示压力的循环变动系数随着甲醇比例的增加而降低;甲醇能够显著降低发动机怠速稀燃工况下的HC和NOx排放,CO2排放随着甲醇含量的增加也略有降低。     

电控汽油发动机故障模拟试验

在自行开发的电控汽油发动机故障模拟试验台上,完成了主要传感器的故障模拟试验,对比研究了相关故障对发动机动力性、经济性和排放等性能的影响。试验结果表明：空气流量信号丢失后,中小负荷时混合气过浓,从而使比油耗上升,HC和CO排放增加,NOx排放减小,而大负荷时,空气流量信号的有无对发动机性能影响较小;节气门位置传感器的怠速信号丢失后,发动机运转不稳;全负荷信号丢失后,满负荷时混合气没有加浓,功率下降,但比油耗略有减小,CO和HC排放降低,NOx排放升高;爆震信号丢失后,点火提前角减小,功率下降,比油耗升高,HC和NOx排放减小,CO排放基本不变;冷却液温度传感器信号丢失后,冷启动时混合气没有加浓,发动机冷启动困难。     

负荷控制方式对甲醇发动机性能影响的试验研究

在1台2L柴油机改装的点火式甲醇发动机上分别采用节气门、节气门联合EGR以及单纯EGR的方式来控制发动机负荷,试验负荷选择了全负荷的50%和75%,过量空气系数保持在1附近,调整点火角,进行动力性和排放性试验。研究发现:两种负荷下都是采用节气门联合EGR控制负荷时发动机的动力性和经济性最好;两种负荷下的HC排放随控制方式的不同而不同,但均为节气门控制负荷时HC排放最低;两种负荷下的CO排放随控制方式的不同而不同,但都是节气门控制负荷时CO排放最高;两种负荷下的NOx排放规律相似,均为节气门开度越大,NOx排放越低。     

过量空气系数对天然气发动机燃烧及排放的影响

研究了过量空气系数(λ)对天然气发动机燃烧及排放的影响。研究结果表明,当λ>1.2时,随着其不断加大,滞燃期和主燃期变长,放热率降低,NOx排放减少,CO和HC排放增多,发动机的热效率降低,比气耗加大;稀薄燃烧天然气发动机的各个工况都存在最佳的过量空气系数值,在该值下,发动机的NOx、CO和HC排放及比气耗都较低,排气温度很低,发动机经济性和可靠性最佳。     

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。     

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。     

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。     

气相射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性

射流点火是实现稳定的稀薄燃烧,大幅度提升发动机热效率的有效技术途径。该文利用设计的一种射流点火器,对气相射流点火(GJI)的燃烧开展研究,揭示了主动式射流点火(射流室内有补充燃料)和被动式射流点火(射流室内无补充燃料)的燃烧和排放特性。结果表明:相比于被动式射流点火,主动式射流点火将过量空气系数拓展至2.0,热效率提升1.5%;进一步引入废气再循环(EGR)后,热效率提升至44.5%。主动式射流点火时,最高热效率点NOx排放较被动式射流点火下降低66%,THC及CO排放的增加使燃烧效率降低3%;引入EGR后,NOx进一步降低79%,燃烧效率保持稳定在96%。     

混合气分层对HCCI汽油机极限负荷和燃烧特性的影响

对比研究HCCI汽油机在不同空燃比下采用混合气分层策略时的极限负荷、NOx排放量和燃油经济性,考察了在此策略下过量空气系数λ和EGR率对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,混合气分层压缩燃烧模式能有效降低HCCI燃烧的压力升高率,具有拓展负荷范围的潜力,但同时也使NOx排放增加;适当的过量空气系数能在一定程度上改善HCCI发动机的燃烧特性,采用9%的EGR率时发动机油耗率最低,具有明显节油效果。     

EGR回路喷甲醇在柴油机上的应用研究

在YC6A220C柴油机上进行了进气道喷甲醇结合EGR的试验研究,在保持原柴油机动力性基本不变的基础上,研究了在不同负荷下,选用不同的EGR率和不同甲醇消耗率对原机的动力性、经济性、NOx和炭烟排放的影响。研究结果表明:单纯地使用EGR对于降低NOx效果比较明显,但是难以同时降低炭烟的排放,尤其当EGR率超过30%时,随着EGR率或者负荷的增加炭烟也急剧增加。向回路喷入适量甲醇后,不但可以保证NOx排放减少,而且炭烟排放也可以大幅度降低。在1 500r/min(最大扭矩转速)下,在EGR率为20%~35%,甲醇消耗率为50~70g/(kW·h)范围内,可以同时降低NOx和炭烟排放。发动机的动力性和燃油消耗略有降低,排放水平均低于燃用0号柴油。     

基于一维/三维模型耦合的富氧燃烧天然气发动机数值模拟

以某1.0L3缸汽油机为基础,利用GT-Power与Converge建立了天然气发动机耦合仿真模型,并利用原机试验数据对模型进行了验证,研究了进气富氧与EGR对天然气发动机性能的影响特性,对利用进气富氧与EGR改善天然气发动机的性能进行了探讨。结果表明,随进气氧气体积分数提高,天然气发动机平均有效压力显著提高,最大可提高22.8%(氧体积分数为28%时);同时缸内温度和NOx排放升高,排气与传热的能量损失增加,燃气消耗率略有升高。加入EGR可以降低富氧燃烧下天然气发动机燃气消耗率,随着EGR率增加,燃气消耗率主要呈先减小后增加趋势;且随进气氧浓度提高,各浓度下最低燃气消耗率对应的EGR率逐渐提高;NOx排放随EGR率增加而逐渐降低,在进气氧体积分数为23%,25%,27%,29%时,EGR率分别为10%,15%,20%,25%即可将NOx排放降到原机水平;利用进气富氧与EGR可以有效地改善天然气发动机动力不足与NOx排放高的状况。     

基于液压驱动气门的柴油机性能优化研究

在某柴油机上将传统凸轮驱动气门机构改进设计为液压驱动气门机构,利用仿真软件GT-Power建立液压驱动气门柴油机模型,分析进气滞后角、排气提前角和气门重叠角对柴油机动力性的影响,然后以扭矩最大为目标对配气正时进行联合仿真优化,最后对比两种内部EGR实现方法在不同负荷下的EGR率和对NOx排放量的改善效果。研究结果表明,在外特性下,液压驱动气门柴油机在中低转速时的动力性和经济性有了明显改善,扭矩比原机提高了5.6%,燃油消耗率降低了5.1%;但由于液压气门响应滞后,随着转速的升高,改善效果逐渐降低。在转速2 000r/min时,排气门晚关比排气门早关可以获得更大的EGR率,NOx排放量降幅也比排气门早关的大,在50%负荷时,NOx排放量降幅最大为23.8%。