过氧化物添加剂改善HCCI发动机低负荷失火的研究

为了改善汽油HCCI发动机在低负荷的失火,通过在90号汽油中添加不同种类和不同质量的过氧化物,在一台改造过的4缸柴油机的第4缸进行HCCI燃烧试验,研究了添加剂对HCCI燃烧过程的影响。试验结果表明,在发动机转速为1 400 r/min时,使用90号汽油的HCCI发动机只能在高负荷下运行;加入过氧化物添加剂后,着火时刻提前、缸压和放热率峰值升高,燃烧向低负荷区域大幅度拓展;添加相同质量分数的不同种类过氧化物,二叔丁基过氧化物(DTBP)作用最明显。相同当量比的稳态工况下,随二叔丁基过氧化物质量分数增加,着火和燃烧放热提前、燃烧持续期缩短,失火得到有效改善,负荷范围得到拓宽。但过高的添加剂质量分数会使发动机高负荷爆震可能性增加,发动机转速为1 400 r/min下,二叔丁基过氧化物的质量分数2%左右为最佳值。     

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。     

乙醇HCCI发动机工作区域的模拟研究

应用0-D单区HCCI发动机模型耦合乙醇氧化反应详细化学动力学机理,对乙醇HCCI发动机的工作区域进行了模拟研究。确定了由过量空气系数(φa)和EGR率表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的排放性能、动力性能以及指示热效率。研究结果表明,在无EGR的工况下,从a=3.2到φa=8.5乙醇可以实现HCCI燃烧,φa<3.2时,出现爆震,必须加入EGR才能抑制爆震燃烧,最大的EGR率达到52%。在HCCI工作区域内,NOx排放较低,最大排放为140×10-6,CO排放较高,φa和EGR率对其影响很大。工作区域内的热效率较高,最大可达到34%,指示平均有效压力受EGR的影响较大,最大峰值达0.5 MPa。     

添加剂对乙醇汽油发动机性能影响的试验研究

以市售93号乙醇汽油作为试验用油,将一种含有过氧化物的助燃剂M以体积分数1‰添加到乙醇汽油中,在发动机试验台架上考察了该添加剂对乙醇汽油发动机燃油消耗率、缸压和瞬时已燃质量分数(mf)的影响。试验结果表明,在发动机未作任何调整情况下燃用乙醇汽油后,发动机燃油消耗率较原汽油机平均升高4.9%,向乙醇汽油中加入1‰体积分数的添加剂M后发动机燃油消耗率较乙醇汽油机平均下降3.1%。同时,加入该添加剂后发动机缸压峰值较乙醇汽油机有所升高,缸压和mf峰值所对应的发动机曲轴转角提前。     

基于缸压信号的EMS爆震传感器识别能力评定

早燃、爆震是发动机的非正常燃烧现象,超级爆震会在短时间内损坏发动机。根据控制策略,爆震检测是发动机调整参数抑制爆震的基础,而爆震特征的提取和评价是爆震检测与控制的前提。文章通过进行发动机爆震试验,基于EMS爆震传感器信号识别爆震的方法进行系统研究,旨在提高EMS识别爆震精度和爆震强度,提出了爆震强度评价指标KI,最后利用基于缸压传感器得到的爆震因子KV对其进行验证,结果表明:基于缸压信号,可以对EMS爆震传感器的识别能力进行评价,EMS选择合适的阈值可以100%识别出重度爆震。     

发动机燃用煤层气燃料时燃烧特性的试验研究

用天然气掺加氮气来模拟煤层气燃料,在一台由柴油机改装的单缸火花点火发动机上开展了燃用煤层气时的燃烧特性,包括燃烧期及其循环变动性能的试验研究,结果表明,不同负荷下,随着氮气体积分数的增加,最大缸压对应的曲轴转角延迟,压力升高率降低,火焰发展期明显变长.当氮气体积分数为20%时,燃烧较稳定,当氮气体积分数增大至30%时,燃烧循环变动明显加剧,但随着发动机负荷的增加循环变动减小.     

富氧进气汽油发动机的燃烧和排放特性

通过进气氧体积分数分别为21％、23％和25％,实现了汽油发动机富氧燃烧.研究了在不同氧体积分数下汽油发动机的缸压、瞬时放热率和循环波动率变化的燃烧特性以及THC、CO、NOx的排放特性.研究结果表明:随着氧体积分数的增加,气缸压力增加,最大缸压相位提前,压力升高率增大,瞬时放热率增加,放热峰值相位提前,缸内循环波动率明显减小,发动机燃烧稳定性增加;同时THC、CO排放降低,但是NOx排放增加,排气温度呈上升趋势.因此,提高富氧浓度在改善发动机燃烧与排放特性中具有重要作用和应用潜力.     

不同辛烷值参比燃料HCCI燃烧特性的试验研究

对不同辛烷值基本参比燃料及其混合物在高速4缸柴油机上进行单缸HCCI燃烧试验,研究了燃料辛烷值、发动机冷却水温度、进气温度以及冷EGR率对HCCI发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明;在同一当量比下,随燃料辛烷值增大,着火时刻推迟,燃烧放热速率降低,HC和CO排放增大。HCCI燃烧随负荷的增大、EGR牢的减小、进气温度和冷卸水温度的升高,着火时刻提前,燃烧放热速率加快。     

HCCI汽油机配气方案设计与试验研究

针对奇瑞缸内直喷2.0L发动机,利用耦合详细化学反应动力学的发动机循环模拟计算,优化设计了HCCI配气方案,这是国内率先在多缸4冲程产品汽油机上实现了HCCI燃烧,缸内循环波动和缸问循环波动小于2%,并大幅度降低了油耗和NOx的排放.     

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。     

内部EGR及增压拓展柴油HCCI燃烧负荷范围试验研究

在135单缸柴油机上对比了传统燃烧模式和HCCI燃烧模式的负荷特性,优化了HCCI燃烧模式的喷油始点,分析了内部EGR率及增压压力对HCCI燃烧负荷范围及排放的影响。试验结果表明:对于负气门重叠期喷油的HCCI燃烧模式,1 500r/min下,最佳喷油始点为370°BTDC,气门重叠期为-30°时既保证了较低的NOx排放,又可以获得较佳的负荷范围;提高增压压力不仅可以拓展HCCI燃烧的负荷上限,对负荷下限的燃烧稳定性也有利;将增压压力提高到0.18MPa时,负荷上限从传统燃烧的0.594MPa上升到0.723MPa,但负荷下限较传统燃烧模式要高,CO排放、烟度和燃油经济性都较差。     

醇醚燃料发动机非常规污染物排放特性研究

在1台经过改装的单缸柴油机上,采用气相色谱和FT-IR红外光谱检测技术,开展了进气道喷射DME和甲醇双燃料HCCI燃烧方式,以及进气道喷射DME、缸内直喷甲醇双燃料复合燃烧方式下,非常规污染物排放特性的试验研究。结果表明,在不同的燃烧方式下均检测到甲醛、乙醛、甲酸、甲酸甲酯等非常规排放物,且甲醛是非常规排放物中的主要成分。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,在同一负荷下随着甲醇喷射量的增加,甲醛、乙醛、甲酸甲酯的排放都有所增加;在同一甲醇浓度下随着发动机负荷的增加,甲醛的排放增加,乙醛的排放减少,甲酸甲酯的排放先减少后增加。复合式燃烧方式下,甲醛的排放随着有效功率的增大呈先降低后升高的趋势;甲酸甲酯和甲酸的排放均随着有效功率的增加而减少,随着DME喷射比例的增加而增加。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,甲醇排放量增加十分明显。     

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。     

不同喷射策略下CRDI柴油机燃用柴油-桐油-乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

在1台共轨直喷(CRDI)柴油机上开展了不同喷射策略下桐油、乙醇与柴油混合燃料的燃烧和排放特性研究。试验结果表明:与0号柴油相比,混合燃料的着火延迟期稍长,缸内压力峰值和放热率较高,但燃烧持续期稍短;随着桐油和乙醇体积分数的增加,有效热效率(BTE)也随之增大。在低负荷时,混合燃料的CO和HC排放较高,且随着桐油和乙醇所占体积分数的增大而增加;混合燃料的NO_x排放在低负荷时较低,在高负荷时略高;在高负荷时,混合燃料的炭烟排放大大减少。总体而言,混合燃料中乙醇对发动机性能的影响比桐油大。     

柴油HCCI燃烧负荷边界判定依据研究

通过对HCCI燃烧负荷边界燃烧变化规律及判定依据的研究,基于单缸HCCI柴油机实测气缸压力,探讨了HCCI燃烧负荷边界处的燃烧变化规律,着重分析负荷、转速对气缸压力、燃烧放热率、循环变动率和最大压升率的影响,通过对负荷上限和下限敏感的最大压力升高率和循环变动率等参数的变化研究,确定负荷边界判定依据。     

转速对甲醇HCCI燃烧特性的影响试验研究

在一台双缸4冲程柴油机上实现了甲醇均质压燃的试验,分析了发动机转速对甲醇均质压燃燃烧特性的影响。试验结果表明：过量空气系数和进气温度一定的情况下,随着发动机转速在一定范围内的升高,缸内压力、压力升高率和放热率均有所升高,且存在一个最佳的转速,使得压力、压力升高率和放热率处在较好的水平。