柴油微引燃乙醇发动机燃烧、性能及排放特性研究

柴油微引燃乙醇发动机采用进气道喷射乙醇、缸内直喷微量柴油引燃的方式进行燃料供给。基于单缸四冲程柴油机,对其燃烧、性能及排放特性进行研究,固定引燃柴油喷射量为发动机能实现压燃着火的最小值,在进气压力为0.15 MPa时比较不同乙醇喷射量的工况组,通过改变柴油喷射时刻进行工况扫描。结果表明,引燃柴油的喷射时刻对发动机的燃烧、性能和排放影响显著。柴油微引燃乙醇发动机在中高负荷能够稳定运行,指示热效率可达34%以上,通过适当调节柴油喷射时刻,可以有效控制未燃碳氢(UHC)、NO_x与CO排放,同时可以实现极低的炭烟排放。柴油微引燃乙醇发动机燃烧模式为预混合或部分预混合燃烧,燃烧有两阶段放热特征,改变引燃柴油喷射时刻,可以有效控制燃烧相位。     

MPI+GDI发动机稀薄燃烧性能研究

为了研究甲醇替代比和过量空气系数对复合喷射发动机稀薄燃烧及排放特性的影响,本研究基于1台自行改造的包含甲醇进气道喷射和汽油缸内喷射(M PI+GDI)的光学复合喷射系统发动机,建立三维仿真模型,进行缸压试验验证,研究稀薄燃烧条件下不同过量空气系数和甲醇替代比下缸内燃烧和排放特性.研究结果表明:随着过量空气系数的增大,火焰传播变慢,放热率峰值出现也晚,后燃现象增强,缸内压力峰值降低且相位推迟,指示热效率呈上升趋势;CO和NO x排放下降,未燃碳氢化合物(THC)排放先降后升,过量空气系数为1.4时最低,原因是适当增加过量空气系数可使燃烧更充分,但是过量空气系数过大导致燃烧不稳定.随着甲醇替代比增加,缸内压力峰值不断增加且相位提前,高甲醇比例的燃料燃烧速度快,燃烧重心前移,排气温度降低,NO x排放增加,T HC排放先降后升,CO排放降低.研究结果为甲醇汽油复合喷射发动机的参数优化设计提供了理论依据.     

进气道喷水对汽油机燃烧特性影响的三维数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)软件对1台缸内直喷汽油机在转速5500r/min、平均有效压力(BMEP)约为2MPa的工况下建立了缸内直喷汽油、进气道喷水的双喷射发动机三维性能仿真模型。研究了不同喷水比例和点火时刻下的缸内油气混合和燃烧特性的结果,评估了进气道喷水对于提高发动机效率的潜力。研究结果表明,进气门开启初期液态水蒸发较快。随着喷水比例的提高,过量空气系数增大,缸内温度和过量空气系数的均匀性均得以优化。相对于不喷水状态,进气道喷水能够有效降低缸内温度。在BMEP相近时,相对于不喷水状态,进气道喷水的指示热效率有所增加。进气道喷水可以降低火焰传播速度,需提前点火时刻来维持燃烧相位。     

喷水对氩气循环天然气发动机爆震及热效率的影响分析

基于一台汽油/天然气两用燃料的涡轮增压三缸发动机,建立GT-Power仿真模型,研究喷水对准氩气动力循环发动机工作过程的影响。结果表明,在低负荷工况下,喷水后缸内的温度和压力都下降;增大水气比（水和甲烷的质量比）和推迟点火则传热损失减少但排气损失增加,存在热效率提升的较宽水气比范围和最优的水气比,推迟点火时刻和喷水对于爆震有良好的抑制作用。在大负荷爆震工况下,喷水能够显著抑制爆震,提前点火时刻可以得到更优的燃烧效率,喷水可使制动平均有效压力（Brake Mean Effective Pressure,BMEP）为0.6 MPa时指示热效率提高0.2%、有效热效率提高0.1%,0.8 MPa工况的指示热效率提高0.4%、有效热效率提高0.2%,1.2 MPa工况的指示热效率提高1.2%、有效热效率提高0.8%（水气比为1工况相对于水气比为0.4工况）。结合低负荷工况和高负荷工况的表现,发现喷水能有效抑制发动机的爆震,并能提升发动机的热效率。     

直线发动机系统开发及起动怠速实验研究

依据直线发动机-发电机系统设计思路,自主搭建了一套直线发动机系统,并对其进行起动和怠速实验.结果表明,直线发动机可顺利点火起动,首循环即可着火;可在1 450r/min稳定怠速运转;点火时刻较为提前时,燃烧瞬时放热率出现双峰现象;怠速平均指示压力的均值为0.42MPa,缸压峰值的平均值为2.86MPa;二者的循环变动率皆约为4％.     

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。     

引燃柴油喷射时刻对缸内直喷天然气燃烧的影响

应用三维数值仿真技术,通过改变微引燃柴油的喷射时刻,对柴油微引燃缸内直喷天然气发动机的燃烧过程进行了模拟。结果表明,保持微引燃柴油及天然气两者的喷射时间间隔及喷射持续期不变,则微引燃柴油喷射时刻越靠后,天然气燃烧过程越远离上止点,燃烧等容度越差,缸内压力和温度的峰值越低,喷油时刻每推后2°,缸内压力峰值约降低7.4%,温度峰值约降低3%,NO的排放减少,炭烟排放基本不受影响。     

甲醇-汽油复合喷射发动机燃烧排放性能研究

为了研究不同比例甲醇和汽油混合燃料对发动机燃烧排放性能的影响,对1台1.4 L缸内直喷发动机加装了进气道喷射系统,改造为甲醇进气道喷射(MPI)+汽油缸内直喷(GDI)发动机,运用CFD技术建立该发动机模型,对不同甲醇热值替代比下的缸内混合气形成、燃烧和排放特性进行了研究。研究结果表明:在混合气形成方面,随着甲醇替代比的提高,缸内温度逐渐下降(但在点火时刻缸内温度下降趋势减缓),未蒸发燃料质量迅速增加。在缸内燃烧方面,提高甲醇替代比能够有效地加速缸内燃烧过程,提高缸内峰值缸压和峰值放热率,缩短滞燃期和燃烧持续期,使燃烧重心提前,但较高甲醇替代比下加速燃烧过程趋势减缓。在排放物生成方面,随着甲醇替代比的提高,NO_x排放逐渐增加,CO总排放量降低,但峰值CO量却呈现先增后减趋势,THC排放逐渐增加,其中大部分为未燃甲醇。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的燃烧特性

针对1台6缸增压中冷电控高压共轨柴油机,在不改变原柴油机结构和喷油参数的条件下,研究了生物柴油的掺混比例对发动机燃烧特性的影响。结果表明:小负荷时发动机有预喷射,随着生物柴油掺混比的增大,生物柴油-柴油混合燃料的滞燃期缩短、缸内最高燃烧压力下降,预喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值减小,且对应的相位提前;主喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值增大,且对应的相位后移。随着负荷的增大,发动机喷油策略改为单次喷射,随着生物柴油掺混比的增大,缸内最高燃烧压力下降,燃烧持续期缩短,压力升高率峰值略有增大,瞬时燃烧放热率峰值逐渐减小且对应的相位前移。两种不同负荷条件下,随着生物柴油掺混比的增大,混合燃料的指示热效率逐渐下降。     

微量柴油引燃高压直喷天然气发动机燃烧循环变动研究

微量柴油引燃高压直喷天然气发动机排放低于同排量柴油机,热效率与同排量柴油机相当,具有良好的发展前景。对于高压直喷天然气发动机,循环变动特性直接影响了其运行的稳定性,但目前的研究大多针对发动机的燃烧和排放特性,对循环变动的研究十分有限。以一台微量柴油引燃高压直喷天然气发动机为研究对象,对其外特性工况下不同运行参数的循环变动进行了研究。结果表明:随天然气喷射提前角增加,最大燃烧压力的循环变动呈现先增加后减小的趋势,低速下最大燃烧压力的循环变动相对较高;滞燃期和50%燃料燃烧相位角的循环变动随天然气喷射的提前和转速的增加而增加;在24MPa喷射压力下,平均有效压力的循环变动随天然气喷射提前角的增加而增加,而在30MPa下,平均有效压力循环变动随天然气喷射提前角的变化规律与转速有关;在高转速下,平均有效压力的循环变动相对较高;燃料的喷射压力对各参数的循环变动影响很小。     

预燃室射流点火装置的设计与性能研究

为改善天然气发动机燃烧特性,设计了用于射流点火的内置式半球型四孔预燃室,利用全燃烧场可视的快速压缩机(RCM),采用同步压力传感器和高速摄影机进行了点火燃烧试验研究,并与传统火花点火对比分析。结果表明,采用本文设计的预燃室射流点火装置能达到强化点火、加速燃烧的明显效果。相比于传统火花点火,预燃室式射流点火的滞燃期和燃烧持续期缩短,最高燃烧压力和最大累计放热量提高,且随着负荷的增大,性能改善幅度增加。在大负荷工况下,滞燃期和燃烧持续期均约缩短了55%,最高燃烧压力和最大累计放热量分别提高7%和10%。此外,预燃室式射流点火方式的点火和燃烧稳定性优于传统火花点火,滞燃期和最高燃烧压力波动极小。高速摄影的结果表明,预燃室式射流点火在主燃室内快速产生沿喷孔方向高速发展的射流火焰,引发迅速燃烧,而传统火花点火呈现火焰缓慢传播燃烧形态。     

进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机热效率与动力边界拓展的影响研究

针对氩气循环氢燃料发动机工质比热容比高，会引起异常燃烧现象，从而限制其热效率提升效果的问题，通过仿真和试验分析了进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机的热力学参数和爆震的影响，并通过结合缸内直喷和进气增压，联合优化点火策略、喷射策略以及喷水策略，最终获得了最高62.41%的指示热效率（总指示热效率58.62%）。     

点火时刻对缸内直喷汽油机燃烧过程影响的研究

利用计算流体力学(CFD)仿真技术,建立了某分层稀薄燃烧缸内直喷汽油机(GDI)的计算模型.研究了点火时刻对该GDI发动机缸内燃烧过程影响的变化规律.结果表明,随着点火推迟,缸内最高燃烧压力降低,缸内温度先升高后降低,CO的排放逐渐降低;而随着点火时刻提前,最大放热率峰值先增加后减小.     

引燃油量对柴油引燃天然气发动机燃烧特性的影响

在一台由六缸柴油机改造的柴油引燃天然气发动机上进行试验,以分析引燃柴油量对该发动机燃烧过程的影响。结果表明:随着引燃柴油量的增加,放热率曲线由双峰逐渐过渡为单峰,发动机热效率明显提高。压力升高率随引燃油量的增加和喷油时刻的推迟而降低,而燃烧持续期随引燃油量的增加变化不大。     

正丁醇预混合气对轻型柴油机热效率和排放的影响

对1台轻型柴油机进气道进行改装,从而在进气道中形成均质丁醇预混合气。研究了在不同工况下正丁醇预混比对发动机指示热效率和排放的影响。研究结果表明:随着丁醇预混比例的增加,发动机指示热效率呈现上升的趋势,转速为3 350r/min,平均指示压力为1MPa时指示热效率的提升率达到最大为4.3%;压力升高率过大,限制了在大负荷条件下使用更高的丁醇预混比例;随着丁醇预混比例的增加,发动机soot和NO_x排放明显改善,而CO和HC排放均随着丁醇预混比的增加而增大。     

电控喷射单一燃料CNG轿车发动机的性能试验

研究了过量空气系数及点火时刻对某电控喷射单一燃料压缩天然气发动机的动力性、经济性和排放性能的影响.试验结果表明,在整个转速范围内,该发动机的有效燃料消耗率比汽油机平均降低了约17.7%,有效热效率平均提高了9.68%.在此基础上得到了在变过量空气系数和点火时刻下,该天然气发动机的燃烧、排放规律.     

车用柴油机放热规律与燃烧噪声的关系

对1台车用高速高压共轨柴油机进行了不同负荷、不同转速以及不同喷射参数工况下的缸内压力测试,通过分析燃烧放热规律对气缸压力变化的影响,对燃烧放热规律与燃烧噪声的关系进行了研究。研究结果表明:燃烧噪声不仅与最高气缸压力和最大压力升高率有关,还与各自相位的间隔有关;负荷对发动机燃烧噪声的影响较大,转速对燃烧噪声的影响主要体现在频率范围变化;通过改变喷射参数可以改变柴油机的燃烧噪声水平。     

多次喷射喷雾脉宽与控制信号脉宽对应关系研究

供油系统电磁延迟和液力延迟导致实际喷射脉宽与控制信号脉宽之间存在差异.利用由喷雾图像获取的喷雾脉宽作为实际喷射脉宽,对喷雾脉宽与控制信号脉宽之间对应关系进行研究.研究结果表明:单次喷射喷雾脉宽大于控制信号脉宽,且脉宽差量随着喷射压力增大而缩小,与背景气体密度基本无关;多次喷射喷雾脉宽大于控制信号脉宽,且脉宽差随着喷射压力增大而缩小;两次喷射喷雾间隔小于控制信号喷射间隔,且喷射间隔差在不同压力、预喷油量、控制信号间隔下保持不变;燃油融合现象发生的实际临界喷射间隔时间小于由喷油规律所获取的临界喷射间隔时间.本研究提出了利用喷雾对供油系统喷射脉宽进行研究的新思路,并为多次喷射控制策略的优化提供指导.     

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.     

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%。