天然气发动机燃料特征与功率恢复

介绍了在英国Ｒｏｖｅｒ汽车公司Ｋ－１６轿车发动机上进行的一项研究结果。     

天然气/柴油双燃料发动机燃烧特性的研究

对天然气 /柴油双燃料发动机燃用纯柴油和天然气时的燃烧特性进行了对比分析。结果表明 ,双燃料发动机的燃烧具有一些独有的特点。根据双燃料发动机的燃烧特性 ,对改善双燃料发动机燃用纯柴油和天然气时的性能提出了几点建议。     

天然气发动机燃烧方式分析

根据混合气形成和着火方式将天然气发动机的燃烧模式分成均质混合气点燃、非均质混合气点燃、均质混合气压燃和非均质混合气压燃/引燃4种。分析了这4种燃烧模式针对发动机性能和排放方面的特点,讨论了目前存在的问题。认为目前最有实用价值的模式为柴油引燃天然气非均质扩散燃烧,因为其热效率高于火花点火发动机,与传统柴油机相当,而有害排放物排放却较柴油机明显降低,并且相对于HCCI更易实现。     

天然气/柴油双燃料发动机燃烧排放规律

在天然气／柴油双燃料复合燃烧特性和规律的研究基础上，本文通过试验及其分析，具体阐述负荷、转速、替代率、柴油供油特性、引燃油量、进气混合气浓度和供油提前角等因素对双燃料燃烧ＣＯ、ＨＣ和ＮＯｘ排放的影响规律。特别指出天然气／柴油双燃料发动机燃烧排放的主要特征、存在的主要问题和解决的途径。     

天然气发动机燃烧过程控制及可视化的试验研究

在单缸四冲程点燃式发动机上，将天然气燃料直接喷入气缸内，采用高速摄影方法对不同喷射方式及喷射时刻下的火焰传播过程进行实际观测，并进行了对比分析。同时制取示功图分析研究了不同喷射方式对放热规律的影响，研究结果表明，在较稀薄的混合气下，通过不同的喷射方式可以有效地控制放热规律和控制排放特性。并明显改善循环变动量。     

天然气发动机稀燃工况燃烧循环变动特性研究

对一台点燃式多点电喷天然气发动机在稀燃工况下进行试验,获得了各工况下的连续循环缸内压力数据,并计算了每循环与压力相关的燃烧循环变动特征参数及循环变动系数,进而研究了稀燃工况下天然气发动机的燃烧循环变动特性。结果表明,在稀燃条件下,每循环缸内峰值压力与平均指示压力有稳定的线性相关关系,每循环缸内峰值压力出现时刻与峰值压力和平均指示压力的线性相关关系随当量比的减小,均出现了由负相关到正相关的转变,并且混合气当量比越小,天然气发动机的燃烧循环变动越明显,在当量比为0.60~0.65时,平均指示压力变动系数有加速增长的趋势。     

天然气成分对发动机燃烧的影响

利用无因次的化学动力学模拟方法研究天然气成分对发动机燃烧的影响,已在国外受到重视。研究表明:均匀进气的压燃发动机(下缩写为HCCI)的燃烧对天然气的成分很敏感,为此,需要对发动机进行合理控制。     

高低压EGR对增压天然气发动机燃烧与排放的影响

通过台架试验对一台增压天然气发动机分别采用高压废气再循环(EGR)和高低压废气再循环系统时发动机的燃烧与排放特性进行了试验研究,并结合数值模拟方法对发动机的能量平衡进行了定量分析,探究不同EGR引入系统对天然气发动机经济性的影响.发动机台架试验结果表明:与高压EGR相比,发动机采用高低压EGR系统时,火焰发展期和快速燃烧期缩短,燃烧相位提前,缸内最高燃烧压力和最大瞬时放热率增加;HC和CO排放降低,NO x排放增加;燃气消耗率下降4.5％ ～9.3％.发动机能量平衡分析结果表明:发动机采用高低压EGR系统时摩擦损失增加,泵气损失、传热损失和排气能量损失减少,其中,排气能量损失的减少幅度最大.     

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。     

掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性数值模拟研究

为了研究不同运转参数对掺氢天然气均质压燃（HCCI）发动机的燃烧特性影响,基于Chemkin模拟软件,结合GRI-Mech3.0化学反应动力学机理,建立了HCCI 发动机的数值模型。数值模拟了掺氢天然气HCCI发动机在掺氢体积比为5%时不同运转参数下的燃烧特性,主要包括对发动机燃烧过程中缸内压力、温度、燃烧放热率和NO_x排放的影响。结果表明,在掺氢天然气HCCI发动机燃烧过程中,转速变化对缸内温度、压力和燃烧放热率的影响不大,但NO_x排放随转速增大而减小;缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随过量空气系数增大而降低;缸内压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气压力增大而提高,进气压力对缸内温度影响较小;缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气温度增大而提高。为实际改善掺氢天然气HCCI发动机的燃烧动力性、经济性和减少排放提供了理论依据。     

基于GT-Power的天然气发动机动力性能恢复研究

利用GT-Power软件建立了4缸火花点火天然气发动机的一维仿真模型,并与试验结果进行了对比,仿真与试验结果一致性较好,证明了模型的准确性。在此基础上为天然气发动机匹配了涡轮增压及中冷系统,计算结果显示,增压后天然气发动机的动力性能明显提高,最大功率和扭矩较原汽油机分别提高了23%和9%,中低转速的有效燃气消耗率明显下降。进行了点火提前角的优化计算,得出了节气门全开条件下的MBT角—转速—空燃比三维MAP图。     

基于 GT-Power 的天然气发动机爆震分析与研究

为了改善增压天然气发动机的燃烧状况、提高发动机的性能,对某发电用增压天然气发动机爆震现象进行研究。利用 GT‐Power 软件建立了增压天然气发动机整机仿真模型,通过模拟数据与试验数据的对比验证了模型的准确性,然后在仿真模型中利用自主建立的爆震预测模型对天然气发动机的性能和爆震现象进行了模拟计算,并对得到的数值结果进行分析。结果表明：随着压缩比的增加,发动机发生爆震的可能性增大,爆震开始时刻提前,爆震强度增大,燃气消耗率呈现先减小后增大的趋势,压缩比为13时,燃气消耗率最小;随着点火提前角的增加,发动机发生爆震的可能性增大,爆震开始时刻提前,爆震强度基本不变,燃气消耗率变化趋势是先减小后增大,当点火提前角为－21°时,燃气消耗率最小。     

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%。     

天然气发动机最高转速准均质压燃特性的研究

就国产6110增压中冷发动机燃烧天然气的一些性能进行了研究。在压缩终了被少量柴油引燃的均匀天然气混合气的燃烧接近均质压燃燃烧过程。采用了发动机缸内分析以及相应工况的排放测试对比分析方式，对发动机的燃烧特性进行了试验研究。     

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。     

缸内高压直喷天然气发动机燃烧过程数值研究

以直喷天然气发动机为研究对象,基于正庚烷-甲烷化学动力学机理对发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟,并对NO_x,CO和炭烟的排放趋势进行了预测。结果表明:对于缩口燃烧室,随着燃烧室凹坑深度的减小和燃烧室喉口直径的增大,天然气扩散燃烧火焰的传播速度越快,指示热效率越高。在燃烧室总深度相当的情况下,直口燃烧室形成的气流运动对天然气扩散火焰传播的促进作用小于缩口燃烧室,且对于直口燃烧室,采用较小的凹坑深度和较大的喉口直径不利于天然气在前期预混燃烧阶段的火焰传播,从而导致指示热效率的降低。采用缩口设计,减小燃烧室凹坑总深度和增大燃烧室凹坑的直径会导致NO_x排放的增加,但有利于CO和炭烟的控制。因此,对于高压直喷天然气发动机,采用缩口燃烧室设计有利于热效率和排放的兼顾,但是需要各个燃烧室尺寸的合理配合。