氢燃料直喷压燃发动机的有效热效率潜力研究

通过零维和一维仿真耦合,来探究氢燃料直喷压燃发动机的最大热效率潜力。基于CHEMKIN软件建立氢均质混合气的压燃燃烧详细化学反应动力学模型,利用已有试验结果对模型的预测精度进行了验证。基于GT-Power软件建立发动机的一维流动和性能预测模型,通过GT-power和CHEMKIN耦合,实现对氢燃料直喷压燃发动机的燃烧预测和性能计算。利用GT-power进行试验设计和参数化计算,优化发动机的结构参数和效率。优化后的有效热效率达到51.38%,表明氢燃料直喷压燃发动机具有较大的热效率潜力。     

氢在车用发动机上的应用

氢是一种清洁可再生能源,燃烧后不会产生CO2、CO、HC等有害物质,是理想的石油替代产品。介绍了国内外氢发动机的发展与现状,对氢作为燃料在发动机上的应用方式、实现途径进行了阐述。针对氢发动机在发展过程中存在的氢制取和储运难、早燃、回火、功率密度低、NOx排放高等问题进行分析并给出了相应的解决措施。     

氢内燃机在不同点火提前角下的燃烧特性分析

在汽油机上燃用纯氢进行电喷匹配,从燃烧的角度出发分析了点火时刻对发动机燃烧特性的影响.分析表明,在一定的喷氢时刻和喷氢持续期的条件下,点火时刻对发动机性能、燃烧性能有较大影响.缸内最高燃烧压力等燃烧参数随点火提前角的提前而增加.在匹配时,应该使其每一工况工作在最佳点火时刻.     

掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧及排放影响

为探究掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧性能的影响，在一台1.8 L涡轮增压缸内直喷汽油机 （GDI） 改装的氢-甲醇发动机上，开展了不同燃空当量比和不同掺氢比条件下的甲醇发动机掺氢燃烧和排放试验研究。结果表明，在稀燃条件下，增大掺氢比能提高发动机缸内最高燃烧压力及放热率峰值，且燃烧相位提前，燃烧持续期缩短。在稀燃情况下适当掺氢有助于改善循环变动，混合气越稀改善效果越好，但随燃空比和掺氢量增大时，循环变动却有恶化的趋势。当燃空当量比大于 0.71 时，增大掺氢比能改善 HC 排放；当燃空当量比大于 0.83 时，掺氢能改善 NOx排放，但 CO 排放恶化；当燃空当量比小于0.83时，增大掺氢比导致NOx排放恶化但CO排放降低。     

通过高压直接喷射实现高效率和低氮氧化物排放的氢燃烧方式

氢可以从各种再生能源中产生,因此预计,氢将会在社会长期能源需求中起到重要作用。传统氢发动机存在的一些缺点是:冷却损失较高导致热效率较低,以及不正常燃烧(回火、早燃、燃烧速度较快)限制了大负荷运行。氢燃料直接喷射是克服这些缺点的一种有效办法,但是要实现高效率和低氮氧化物(NOx)排放的燃烧方法还需要进行更详细的研究。采用一种试验性氢高压喷射器(最大喷射压力30 MPa)对高效率和低NOx排放的氢燃烧进行了研究。采用1台2.2 L 4缸涡流形燃烧室柴油机进行试验,氢喷射器安装在气缸中心,火花塞安装在预热塞位置。为了能向1个气缸提供氢气,对这台发动机进行了改装。通过控制喷油定时和点火定时研究了氢气的均相和分层燃烧。另外,还研究了联合使用火花点火的扩散燃烧(即火花点燃辅助扩散燃烧)。结果显示,采用高压直喷的分层扩散燃烧与传统的均相燃烧相比,指示热效率提高了约3%。热效率提高的原因是:(1)分层扩散燃烧改善了冷却损失与等容度之间的折衷关系;(2)接近上止点喷射的压力恢复效应十分有利于热效率的提高;(3)在废气再循环(EGR)与扩散燃烧相结合的情况下,能使EGR更为有效。通过抑制喷束的贯穿度以减少较多的冷却损失,使这台小型发动机达到了52%的优良指示热效率,并通过计算流体动力学和可视化缸内燃烧研究得到了证实。另外,还获得了一些有价值的认识:EGR除湿能增加工作气体的比热比,并能在降低NOx的同时提高热效率。     

掺氢比对低热值气体发动机燃烧性能的影响

基于台架试验开展了发动机燃用2种典型低热值气体燃料(煤层气、沼气)掺混氢气燃烧性能的试验研究,分析了掺氢比对发动机燃烧特性参数的影响和对低热值气体发动机燃烧稳定性的影响。结果表明:低热值气体掺混氢气后,改善了低热值气体发动机的燃烧性能,最大缸压值上升,其对应的曲轴转角前移,燃料燃烧的火焰发展期大幅降低;随着掺氢比的增加,发动机平均指示压力更加集中分布在均值附近,且掺氢比越高,效果越明显。     

进气道喷射式氢发动机回火研究

氢发动机由于氢气空气混合气的点火能量低,经常发生回火和其它不正常燃烧现象,影响了氢发动机的性能。为了研究进气道喷射式氢发动机在不同负荷工况下的回火发生情况,对一台4缸2.0L的氢发动机进行了试验研究。结果表明:当氢发动机工作在小负荷工况时,氢气空气混合气的燃烧速度缓慢,致使剩余大量氢气未燃,引发回火;当氢发动机工作在大负荷工况时,由于缸内高温残余废气或者缸内未完全冷却的热点引燃氢气空气混合气,引发回火。     

中低转速下不同EGR率对氢燃料发动机性能的影响

以一台由汽油机改装而成的点燃式单缸氢发动机为研究对象,研究了不同废气再循环率对氢发动机燃烧和排放特性的影响。研究结果表明:随着废气再循环率的升高,缸内的温度和压力降低,滞燃期和燃烧持续期增加,燃烧放热重心后移,缸内NO_x排放有明显的降低。     

天然气/氢气混合燃料发动机的稀燃极限和排放特性试验研究

在东风EQD210N-20天然气发动机上进行了天然气与天燃气/氢气混合燃料体积混合比例为10%、30%和50%的稀燃极限和排放特性试验研究.实验结果表明:燃烧混合燃料比燃烧天然气时的稀燃极限大,并且随着掺氢比例的增大,燃烧过程的火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机的指示热效率、平均指示压力和NO2的排放增加;但是当发动机在大于天然气/氢气混合气的稀燃极限工作时,其指示热效率、平均指示压力和NO2的排放迅速下降,平均指示压力变动系数、CH4和CO的浓度迅速上升.     

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。     

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。     

HCNG发动机掺氢比选择试验研究

在东风EQD210—20天然气发动机上改变ECU中的空燃比和点火提前角等控制参数进行了HCNG燃烧试验。选择不同的掺氢比,进行排放和空燃比特性试验,比较发动机排放和动力性的变化,并采用四工况试验来综合评价发动机燃烧15%,20%,25%和30%4种体积掺氢比HCNG燃料的排放性和动力性。发动机燃烧20%体积掺氢比的HCNG燃料具有较好的综合性能,在保持动力性变化不大的情况下,有着较好的排放性能。     

增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展

增压直喷是实现汽油机节能的有效手段,而超级爆震是进一步提高功率密度的主要障碍。超级爆震和早燃是两种不同的燃烧现象。超级爆震是高功率密度内燃机中的一种强烈的敲缸现象,常发生在低速、大负荷工况,具有随机性、偶发性和破坏性。早燃是火花点火内燃机中点火前出现着火的异常燃烧现象。早燃不一定导致超级爆震,但超级爆震前一定发生了早燃。抑制超级爆震的一条重要途径是杜绝早燃。早燃的诱发源主要有机油液滴和颗粒物。燃油和机油的组分与物理化学性质对超级爆震发生频次也有着重要影响。     

机油诱发增压汽油机早燃的多维模拟

低速大负荷工况下,高功率密度增压汽油机会产生一种由早燃引起的,破坏性极大的非正常燃烧现象——"超级爆震"。本文中采用CFD耦合化学反应动力学对一台增压热力学单缸汽油机中由机油液滴诱发的早燃进行了多维数值模拟。研究中采用离散液滴模型模拟了机油喷入燃烧室内与燃油空气混合气发生混合的物理过程,采用一种简化的化学反应机理(包含十六烷、异辛烷)模拟了机油/燃油/空气混合气在燃烧室内的化学反应过程。模拟结果与台架试验结果一致,说明模拟可以预测发动机中的早燃现象。结果表明,机油液滴的引入会促使增压汽油机发生早燃现象。随着机油喷射时刻的推迟,机油的蒸发量增加,可燃混合气发生早燃的时刻提前。     

关于消除米勒循环增压汽油机早燃现象的研究

为克服低速早燃现象,以提高汽油机低速转矩,改善汽车的驾驶性和降低油耗,首先对一款采用米勒循环的增压汽油机低速早燃特性进行了参数敏感性试验分析,结果发现,降低冷却液和进气温度和加浓混合气,能在一定程度上抑制早燃,但作用有限,不能达到期望指标。接着采用光纤传感器监测燃烧过程,发现早燃主要发生在排气门附近,而CFD缸内流场分析表明此区域湍动能较弱,可能是早燃发生的主要原因。据此,通过改进缸盖进气道和导气屏,提升滚流比和湍动能,有效抑制了早燃,实现了期望目标。     

浅析氢燃料HCCI发动机

文章介绍了氢燃料HCCI发动机,氢燃料与HCCI燃烧方式相结合可以有效的降低污染物的排放。文中从氢燃料HCCI发动机的实现方式,氢燃料HCCI燃烧缺陷及处理方法等方面进行了分析。     

小波包分解在氢发动机异常燃烧诊断中的应用

氢发动机燃烧压力信号包含了丰富的燃烧信息,基于压力信号可以应用小波变换法提取异常燃烧信息。鉴于小波包分解继承了小波变换所有的时频局部化优点,并且可以有效地提取微弱燃烧信息,从而能够为信号提供更精细的分析方法。对氢发动机正常燃烧和异常燃烧压力信号进行了小波包分解,提取出小波包能量。通过构造小波包能量特征向量,对氢发动机异常燃烧进行了有效诊断,为消除氢发动机的异常燃烧提供了技术基础。     

现代发动机稀燃技术

1什么是稀燃技术 什么叫稀燃?顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低,汽油与空气之比可达1:25以上.稀燃技术就是发动机在空燃比大于理论空燃比的情况下燃烧,这样,燃料能完全燃烧,也减少了换气损失,从而实现在部分负荷时的节能,降低尾气排放.     

引燃量与压缩比对甲醇/F-T柴油发动机燃烧特性的影响

为改善双燃料发动机大负荷粗暴燃烧,通过一系列台架试验,研究了费托(Fischer-Tropsch,F-T)柴油比例和发动机压缩比对此燃烧模式的燃烧特性的影响。试验中,采用煤基甲醇和F-T合成油柴油形成的全煤基双燃料发动机,采用高十六烷值的F-T柴油引燃甲醇预混合气。结果表明:与原机相比,双燃料发动机的燃烧更柔和,燃烧持续期明显缩短,经济性随F-T柴油比例增大和压缩比的减小而变差;随F-T柴油比例增加,燃烧粗暴程度增大,但在低F-T柴油比例下,降低压缩比有利于降低燃烧粗暴程度。因此,采用低比例F-T柴油适当减小压缩比有利于改善甲醇/F-T柴油双燃料发动机的燃烧和经济性能。     

预燃室催化燃烧对HCCI发动机燃烧特性的影响

对预燃室壁涂有催化剂的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程进行了数值计算,分析了催化燃烧对HCCI发动机燃烧特性的影响;同时分析了预燃室内催化剂种类、过量空气系数、进气温度、进气速度、缸径以及预燃室壁温对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,预燃室存在催化燃烧时对HCCI发动机的着火时刻有很大的影响:随着过量空气系数及预燃室进气速度的增加,HCCI发动机的着火时刻提前;催化剂种类、预燃室缸径以及预燃室壁温对HCCI发动机着火时刻影响不显著,但对缸内燃烧温度影响显著。