基于较详细机理的氢燃料内燃机排放特性研究

基于Converge软件建立了包含简化化学反应机理的氢燃料内燃机CFD仿真模型,研究了氢燃料内燃机缸内燃烧和NO生成机理。仿真结果表明,氢燃料内燃机缸内燃烧经历了椭球型火焰稳定传播和快速湍流燃烧两个阶段。氢气的燃烧非常迅速,在快速湍流燃烧结束时OH浓度迅速降低,出现温度和NO质量峰值,其后缸内温度逐渐降低,NO质量逐步减小。最终的排放取决于高温区域的峰值温度和NO分解时间。最高温度越高NO的质量峰值越大,降温越快则NO分解越少。采用EGR能降低最高缸内温度,低转速时NO分解充分,因而NO的排放较低。     

柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究

采用GT-Power软件模拟分析了不同EGR率和喷油正时对柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的影响。研究表明:随着EGR率的增加,最高燃烧压力下降,缸内最高平均温度逐渐升高,燃烧相位后移,有效燃油消耗率增加,热效率降低,NO_x排放大幅度降低,炭烟排放、CO排放和THC排放都升高。在相同的EGR率下,随着喷油正时的延迟,最高燃烧压力和缸内平均燃烧温度降低,燃烧放热相位后移,燃油消耗率先减小后增加,热效率先升高后降低,NO_x排放降低,炭烟排放先升高后降低,CO排放和THC排放同时升高。通过调节EGR率和喷油正时可同时使NO_x排放和炭烟排放低于原机,但是会导致燃油消耗率和热效率大幅度恶化,且CO和THC排放升高。     

不同EGR对氢内燃机的燃烧特性影响

本文基于fire三维CFD模拟软件,建立单缸进气歧管喷射的氢内燃机三维燃烧模型,重点研究了不同EGR率下,氢内燃机的压力场、温度场以及排放的变化。分析结果表明,随着EGR率的不断提高,氢内燃机的最高压力值、最高温度和压力升高率、温度升高率均下降,NO排放量大幅降低,但同时对动力性和经济性也有一定影响。     

不同稀释燃烧技术对GDI汽油机性能的影响

在发动机试验台上,对1.5 L四缸缸内直喷涡轮增压汽油机分别进行了过量空气稀释燃烧、EGR稀释燃烧与原机的经济性、排放特性对比试验研究。结果表明,过量空气稀释燃烧技术具有较大的缸内多变指数,同时可以采用更大的点火提前角,获得了最优的燃烧相位和经济性;EGR稀释的HC排放高于原机和过量空气稀释的燃烧;原机与EGR稀释的CO排放水平相当,而过量空气稀释燃烧处于较低水平;EGR稀释燃烧技术由于燃烧温度的降低与低氧氛围的因素使其NOx排放处于最低水平。为实际改善汽油机的经济性和排放特性提供理论依据。     

EGR 对甲醇-柴油组合燃烧柴油机燃烧和排放的影响

利用三维仿真软件AVLFire建立进气道喷射甲醇、缸内喷射柴油的模型,应用试验结果验证了模型的正确性。改变2200r／min,136N·m工况下的EGR率（0％,5％,15％,25％和35％）,分析了EGR对甲醇‐柴油组合燃烧发动机燃烧过程和排放的影响。结果表明：与EGR率为0相比,随着EGR率增加,甲醇‐柴油组合燃烧发动机着火延迟期先缩短后延长,缸内最高压力降低,EGR率为5％时,着火延迟期缩短2°曲轴转角;随着EGR率增加,放热率曲线由双峰分布向单峰分布转变,最高温度下降,高温持续时间缩短;随着EGR率增加,NOx排放降低,CO和炭烟排放上升,与EGR率为0时比,EGR率为15％时的NOx排放量降低了54％。     

EGR对乙醇HCCI发动机燃烧影响的模拟研究

在乙醇HCCI发动机中，随着EGR率的提高，燃烧始点提前。并且在引入EGR后，燃烧变得柔和，有效地避免了爆震的发生。但由于引入EGR后缸内燃烧温度升高，使得氮氧化物的排放增加。加入EGR后，混合气中二氧化碳、水、惰性气体等成分浓度的变化对燃烧有一定的影响。在增加混合气中二氧化碳和水的含量后，缸内的压力和温度都有所降低，且着火始点也都有延迟。混合气中惰性气体的作用则相反，惰性气体使得燃烧始点提前，且缸内压力、温度都升高。     

EGR对高压共轨柴油机晚喷燃烧特性的影响

文章利用KIVA-3V程序建立了柴油机燃烧三维数值模型,并且试验验证结果表明,计算值与试验值吻合良好。对一台6缸高压共轨柴油机进行了缸内三维模拟,在晚喷条件下研究了EGR对其混合气形成过程、燃烧特性和排放特性的影响。研究结果表明,随着EGR率的增加,滞燃期增大,点火燃烧时的缸内当量比降低,并且燃油分布更加均匀。采用EGR后缸内平均温度显著降低,并且缸内高温区域和温度分布差异明显减小,从而有效抑制了NOx排放的生成。     

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.     

燃烧室缩口尺寸对柴油机燃烧过程的影响

基于某大功率农用柴油机,对燃烧室不同缩口尺寸下柴油机缸内燃烧和排放规律进行了仿真计算,结果发现:减小缩口尺寸可以增大缸内湍动能,有利于缸内燃气混合,促进缸内流动;减小缩口尺寸,缸内压力减小,但缸内最大压力变化不大;缸内温度则随缩口尺寸的不同而略有变化,在燃烧室结构中设置缩口可以在一定程度上改善燃烧过程,但缩口尺寸并非越大越好;对于不同缩口的燃烧室,发火时刻缸内速度场基本相同,上止点处速度场随着缩口直径的减小略有增强,当燃烧进入到缓燃期,对于缩口直径较小的燃烧室,燃烧速率迅速下降;随着缩口直径的减小,缸内NO_x最大生成量先增大后减小,而炭烟最大生成量先减小后增大;排气门打开时刻,NO_x排放先增大后减小,炭烟排放则呈锯齿形上升;热效率随缩口直径的减小先增大后减小。     

轻型柴油机预混合低温燃烧和排放性能的试验研究

本文中对比分析了某四缸轻型车用柴油机喷射正时、废气再循环(EGR)率和喷射压力对燃烧过程和污染物排放的影响规律。结果表明:采用适时早喷或者晚喷策略均能延长滞燃期而改善可燃混合气的均匀性,以实现部分预混合燃烧,抑制碳烟排放。适时早喷策略相对晚喷策略更有利于降低碳烟排放,但将受到NO_x排放恶化的限制。引入EGR后,适时早喷不但可降低缸内燃烧温度抑制NO_x排放,还可有效解决因早喷带来的燃烧相位过早的问题,从而提高燃烧效率,改善燃油经济性,在高EGR率区域可兼顾有效燃油消耗率、NO_x和碳烟排放。而晚喷条件下,引入EGR后会进一步加重后燃现象,使有效燃油消耗率和碳烟排放有所恶化。随着喷射压力的提高,适时早喷时,燃烧放热过程变缓,瞬时放热率峰值和缸内平均温度降低,从而可同时降低NO_x和碳烟排放,而晚喷则相反,NO_x排放随着喷射压力的提高而有所上升。而不论适时早喷还是晚喷,有效燃油消耗率受喷射压力的影响很小。     

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。     

EGR率对柴油机富氢EGR燃烧过程的影响

在一台柴油机可视化实验台上,用高速摄像机拍摄下柴油机富氢EGR燃烧过程的火焰照片,应用三基色法计算了燃烧温度场,结合示功图和放热率曲线分析了EGR率对富氢EGR燃烧过程的影响.结果表明:当掺氢比为2％时,随着EGR率的增加,着火时刻呈现推迟的趋势,燃烧持续时间先延长后缩短;缸内最大爆发压力减小,达到峰值压力的时间推迟;放热率峰值下降,放热率曲线整体推后;缸内最高温度和平均温度随之降低.     

EGR对高压共轨柴油机小负荷工况燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型车用高压共轨柴油机为样机,研究了在小负荷工况条件下,EGR率对柴油机排放、燃烧过程及燃油消耗的影响。试验结果表明:EGR减小了缸内最高燃烧压力及压力峰值,使压力升高率略有增加,降低了瞬时放热率与峰值,延长了燃烧持续期,降低了缸内温度峰值及平均温度。在小负荷工况,EGR可以同时有效改善NOx,HC及CO排放,当EGR阀全开,EGR率为42%时,NOx排放降低了38.7%,HC降低了39.6%,CO排放降低了21.3%;PM排放先随着EGR率增加而减小,EGR率超过某一值后,PM排放增加,整个PM排放曲线呈现"鱼钩"状变化趋势。EGR对小负荷工况燃油耗性能影响不大。     

基于两级高能点火和被动预燃室的高压缩比汽油机燃烧及排放特性研究

基于一台自然吸气缸内直喷汽油机,研究了高能点火、被动预燃室和两者结合对当量比和稀薄燃烧工况下燃烧与排放特性的影响。结果表明,高能点火结合被动预燃室,能够在小负荷工况下显著降低循环波动、缩短点火延迟期和燃烧持续期,两者效果相互叠加,能够进一步提高热效率。高能点火的被动预燃室可将稀燃极限由1.4小幅拓宽至1.5～1.6之间;在当量比工况,可使热效率相对提升最高达17.9%。而在大负荷工况下,高能点火结合普通火花塞或被动预燃室均对燃烧性能无明显提升作用。对于排放性能而言,高能点火对于排放性能的影响较小,而被动预燃室对排放影响更为显著;小负荷工况下,被动预燃室倾向于降低NOx排放;中大负荷工况下,被动预燃室倾向于增加NO_x排放;两种负荷下,受到火焰淬熄和燃油撞壁作用的影响,被动预燃室的HC排放相比普通火花塞均略有升高。     

福特EcoBoost缸内直喷发动机燃油喷射系统

随着排放法规的日趋严格及人们对汽车燃油经济性要求的提高,改变传统汽油机的燃烧方式以获得更高的燃油经济性和更低的排放水平已成为当今内燃机领域重大的研究课题之一。因此,一种新型的汽油机燃油燃烧方式应运而生,即发动机稀薄燃烧技术,而实现稀薄燃烧的理想方式是分层燃烧,这对汽油机缸内直喷技术     

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.     

喷孔直径对PFI氢内燃机燃烧和排放特性的影响

通过对一台双孔对置式PFI氢内燃机进行三维数值模拟,对比分析了不同喷孔直径下氢内燃机混合气形成质量及缸内燃烧和排放特性。结果表明:随着喷孔直径的增加,缸内混合气均匀性系数逐渐降低,而缸内最大压力、最高温度、瞬时放热率、累积放热量和NOx排放均呈先增大后减小趋势。     

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。     

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增压柴油机的燃烧及排放特性研究

在1台增压中冷柴油机上,采用从涡轮前取气回流到压气机后的高压EGR系统,研究了恒定转速不同负荷下发动机的燃烧和排放特性。在同一工况下,随着EGR率增加,压缩终了混合气温度升高,着火延迟期缩短,燃气压力和温度下降,燃烧持续期延长。分析了柴油机燃烧过程及排放污染物的形成机理。研究发现,当发动机负荷由大变小时,随着EGR率增加,CO的形成因受温度控制增幅越来越大,HC受着火延迟期和供氧的影响增幅越来越小,NO_x的降幅几乎随EGR率呈线性变化,而排气烟度则呈二阶多项式趋势的恶化。