进气温度对高密度-低温柴油机燃烧的数据模拟

柴油机在HC和CO排放上具有汽油机无法比拟的优势。然而,由于柴油机NOx和碳烟排放存在＂此消彼长＂关系的缘故,同时降低这两种排放物非常困难。尽管柴油机后处理技术取得一些进展,但这种技术距实用化尚待时日。柴油机越来越向高强化、高功率密度方向发展。为了满足日益严格的排放法规和节能要求,柴油机需要一种有效的技术途径同时降低排放物和提高热效率。苏万华等人提出一种高密度-低温燃烧技术,可以通过降低充量初始温度,提高进气压力,提高充量密度和控制EGR的方法来实现降低排放和高热效率。然而,这些初始条件对燃烧和排放的影响过程有待进一步深入研究。针对这种情况,本文应用fire软件对不同进气温度对高密度-低温柴油机燃烧和排放以及对动力性、经济性的影响进行了研究。     

不同EGR率对高密度-低温柴油机燃烧的数值模拟

以4100柴油发动机为研究对象,用fire软件模拟分析不同EGR对高密度一低温柴油机燃烧和性能的影响。结果表明,应用EGR能有效降低NOx的排放,但同时发动机的烟度排放会有一定幅度的上升：EGR率的增加会给柴油机的动力性、燃油消耗率、烟度的排放带来不同程度的负面影响,使柴油机的最大爆发压力及放热率峰值下降。     

后喷参数对柴油机燃烧与排放特性的影响

本文中研究了某电控高压共轨柴油机,在两种不同工况下,后喷参数对发动机的燃烧、排放和油耗的影响规律。结果表明,引入后喷对缸内压力无明显影响,放热率曲线出现二次尖峰,缸内平均温度降低;随着喷油间隔的增大,二次放热率峰值逐渐后移,Soot排放先降后升,喷油间隔对NOx和油耗无明显影响;随后喷油量增加,主燃烧段放热率峰值下降,二次放热率峰值上升,Soot和NOx排放均降低,油耗稍有上升。     

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。     

富氮进气对发动机NO_x排放及性能的影响

通过变进气组分,研究富氮进气对发动机NOx排放和性能的影响。结果表明,富氮进气组分对发动机动力性、燃油经济性和排放性能有显著影响:燃烧受到抑制,燃烧温度降低,NOx排放显著减少。但富氮进气将不同程度地导致发动机功率下降,比油耗升高,HC和CO排放增加。在低富氮程度下,NOx排放可显著降低,而其它的不利影响较小。另外,富氮界限较窄,超出界限将对燃烧产生明显的不利影响,因此富氮组分界限的合理确定和协同优化控制极其重要。     

进气条件对不同柴油机NOx排放影响的试验

在发动机台架上,使用不同后处理系统的发动机进行了ESC、WHSC和WHTC等不同循环工况的排放试验,研究了进气温度和进气湿度等因素对发动机NOx排放的影响规律。研究结果表明,无论是WHSC还是热态WHTC循环工况,随着进气湿度的增加,催化剂前NOx排放略有降低,经过NOx修正系数的调整后,修正后的催化剂前NOx排放基本保持不变。国六柴油机催化剂后的NOx排放随着进气湿度和进气温度的增加而有逐渐降低的趋势,但是幅度很小。国六柴油机的后处理系统形成闭环控制,SCR对NOx的转化效率高,进气湿度对催化剂后NOx排放的影响较小。     

可变涡流进气系统及其对柴油机性能和排放的影响

研制具有控制涡流副气道的可变涡流进气系统,是用于研究如何控制进气流入气缸的角动量,同时研究这种可变涡流进气系统对直喷式柴油机性能及排放量的影响。 较低的涡流可以减少初始阶段的燃烧量(在整个发动机转速和负荷范围内,这一阶段燃烧,是与NOx徘放量,最大气缸压力和缸内压力升高率有关的)。因此,在高速或部分负荷时,低涡流可提高燃料消耗率并降低NOx排放量。 带有这种可变涡流进气系统的涡轮增压中冷发动机,根据发动机的不同情况,选择最佳涡流强度,可以得到较高的低速扭矩、较高的功率和较好的冷起动性能。     

进气压力对汽油混氢发动机性能影响的研究

在1台加装了电控氢气喷射系统的4缸汽油机上,研究了进气压力对混氢汽油机燃烧与排放性能的影响。试验结果表明:随着进气压力的增加,混氢前后发动机平均指示有效压力与指示热效率均有所升高;相同进气道压力条件下,混氢后发动机热效率有所提高,但进气压力较高时混氢后发动机平均指示有效压力有所降低;发动机HC与CO排放随进气道压力的增加而逐渐降低,但NOx排放随进气压力的增加而升高;相同进气压力条件下,进气混氢有利于改善发动机HC与CO排放。     

进气节流对柴油机低负荷性能影响的试验研究

在柴油机上加装节流阀是提升小负荷工况排温、改善排放的途径之一,但会对柴油机的其他性能造成影响。本研究通过给柴油机加装节流阀,研究了进气节流对柴油机小负荷工况性能的影响。试验结果表明:进气节流对柴油机的排温和NOx排放提升明显;柴油机进气节流后缸内压力下降,缸内平均燃烧温度、机械效率升高,滞燃期延长,燃烧始点后移;中低转速小负荷工况,随着节流程度的增加,燃油消耗率和烟度增加;高转速小负荷工况,一定范围内通过进气节流可以实现燃油消耗率和烟度的降低。2 500r/min,29N·m工况,保持EGR阀全开,随着节流程度的增加,NOx和烟度出现同时下降趋势,当空气流量由191.4kg/h降至140.6kg/h时,燃油消耗率、NOx、烟度分别下降了7.9%,58.1%,27.3%,排温提升了42.5%。     

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。     

进气道预混天然气对生物柴油发动机燃烧与排放性能的影响

在1台QCH 1105单缸柴油机上,试验研究了进气道预混天然气对生物柴油发动机燃烧与排放性能的影响。结果表明:随着天然气预混比例的升高,生物柴油发动机最大燃烧压力减小,燃烧相位推迟,缸内平均温度略有下降,NOx排放明显降低;预混天然气时,大负荷工况下燃油消耗率有所下降,HC和CO排放有所增加,炭烟排放随着天然气预混率的升高大幅降低。可见,进气道预混天然气对改善生物柴油发动机的经济性和排放性具有良好的潜力。     

变海拔下米勒循环对柴油机及DPF性能的影响

基于某高压共轨柴油机建立了一维热力学仿真模型,对DPF选型进行了优化,并分析了不同海拔下米勒循环对柴油机及DPF性能的影响。结果表明,选择非对称结构以及适当增加载体目数都有利于降低DPF压降,同时可降低DPF对柴油机动力性、经济性及原始排放的影响。进气门早关可以降低柴油机有效燃油消耗率,提高热效率,降低NOx排放,但会导致颗粒物排放增加;同时可降低DPF压降,提高DPF捕集效率,且随海拔升高,进气门早关的时刻越小,作用越明显。在低海拔条件下,进气门晚关策略对柴油机动力性、经济性及排放特性均影响不大;在高海拔条件下,适当增加进气门晚关时刻可以改善柴油机性能。     

内外EGR和喷油压力对柴油机低温燃烧的影响

在1台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变内外EGR策略和喷油压力,对柴油机小负荷工况下低温燃烧的燃烧特性和排放特性进行了试验研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和喷油量分别固定为1 500r/min和20mg/cycle。研究结果表明,通过高EGR率控制可以实现超低NOx排放,其中采用高喷油压力可以降低内部EGR的炭烟排放,而采用低喷油压力可以降低外部中冷EGR的HC和CO排放。在内外EGR耦合控制策略中,提高内部EGR比例可以降低HC和CO排放,但改善效果逐渐减弱,同时为了抑制炭烟排放,需要结合更高喷油压力,而提高外部中冷EGR比例可以获得较高热效率。     

燃油喷射参数对高压共轨柴油机性能的影响

运用GT—POWER软件建立了某高压共轨直喷柴油机的整机模型,并将计算值与试验值进行了比较,以确保模型具有足够的精度和可靠性;仿真分析了喷油压力、主喷提前角、预喷油量以及主预间隔对发动机性能的影响。仿真结果显示：增大喷油压力有助于提高发动机动力性和经济性并降低Soot排放;不同工况点需要选取不同的主喷提前角;增大预喷油量有助于降低NO。排放,但预喷油量不宜过大;主预间隔对Soot排放有较大影响。     

EGR率和进气温度耦合作用下的低温燃烧试验研究

基于冷热废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)双回路系统,通过进气温度与EGR率解耦控制,研究了EGR率和进气温度对柴油低温燃烧和排放的影响,并在低温燃烧负荷上限探索EGR率和进气温度耦合作用规律。研究结果表明,负荷上限时,进气温度升高对进气充量的稀释作用占主导地位,进气温度升高对燃烧起抑制作用。EGR率和进气温度的耦合作用在负荷上限时体现在:低EGR率、高进气温度时,燃烧始点提前、燃烧持续期增大;高EGR率、低进气温度时,指示功增加,平均有效压力增大。EGR率升高,NO_x排放量降低,进气温度升高,HC,CO排放量升高。     

外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI燃烧的影响

考察了外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI发动机燃烧的影响。试验结果表明:外部热EGR可以推迟HCCI燃烧的着火时刻,减缓放热速率,但对于高辛烷值燃料的HCCI燃烧,它对更高EGR率的兼容能力不强,需要提高进气温度来提高燃烧的稳定性;随着EGR率的增加,燃烧持续期延长,缸内温度和压力峰值均减小,指示热效率也随着减小;NOx排放随着EGR率的增加在经过一个"拐点"后始终维持在一个较低的水平,而CO和HC的排放随着EGR率的增加显著增加,燃烧恶化。     

EGR柴油机瞬态性能优化研究

以降低瞬态过程烟度和NO_x排放为目标,在一台高压共轨电控重型柴油机上进行了EGR对柴油机恒转速增扭矩5s典型瞬态过程燃烧和排放性能影响的优化研究。结果表明:瞬态过程中固定EGR阀开度造成EGR率"超调"、烟度剧增;与"全程轨压"策略相比,"分段轨压"有利于改善小负荷工况的燃烧热氛围,提高瞬态起始负荷并耦合"分段轨压"可以有效降低瞬态过程烟度峰值;EGR阀的开闭对瞬态性能影响最大,瞬态过程1.5s关阀、4s开阀的策略可以实现较好的烟度和NO_x排放折中,消光烟度峰值为9.2%,NO_x峰值稍有增加但增幅不大。     

Investigation of soot formation in Diesel-GTL fuel blends under quiescent conditions

In this study, a visual investigation of sprays and flames is performed, and soot formation in Diesel-GTL fuel blends is studied in a specially designed quiescent constant-volume chamber under various ambient gas temperatures and O₂ concentrations. Similar to the case of soot formation during diesel fuel combustion, the sooting zone during the mixing-controlled combustion of Diesel-GTL blends is located in the leading portion of the jet boundaries. Auto-ignition delay and soot concentration decrease with an increase of GTL content in the fuel blend. Soot also decreases with lower O₂ concentration, higher injection pressure, and lower ambient gas temperature. The lack of soot formation at lower O₂ concentrations and lower temperatures suggests that Diesel-GTL fuel blends can be successfully utilized in low-temperature diesel combustion technologies that are currently being developed. Furthermore, this mixing controlled combustion method with Diesel-GTL blends can be used to modulate various engine operation parameters, and therefore to simultaneously reduce the formation of soot and NOx within a wide range of diesel engine loads.     

发动机进气状态对燃油经济性影响的仿真研究

本文使用仿真手段,针对进气压力、进气温度、进气涡流等不同参数设计计算方案,对输出的热效率、油耗和排放结果进行统计研究,得出进气状态对柴油机油耗和排放影响明显,稀薄燃烧有利于燃烧过程的进行,降低进气温度有利于改善油耗和排放,增压中冷是未来节能减排研究的重点方向.本研究为柴油机未来经济性的研究提供了指导性依据.