柴油机燃用DME的非常规排放物试验研究

用气相色谱仪测量研究了ZS195柴油机燃用DME排气中的非常规排放物甲醛和甲酸甲酯。研究表明,甲醛是非常规排放物中的主要成分;在空载工况下,甲醛和甲酸甲酯的排放量随转速上升而略有上升;在高负荷工况下,二者的排放量大幅降低;此外,适当减小供油提前角,降低喷油压力和缩小喷孔直径都有利于减少甲醛和甲酸甲酯的排放量。     

含醇类燃料非常规排放污染物甲醛的实验研究

进行了RON93汽油、甲醇汽油(M15、M25、M85)、乙醇汽油(E10、E25)、-10#柴油和乙醇柴油(ED10)在一定工况下的非常规排放物--甲醛的检测.结果表明:发动机燃用汽油、柴油或醇燃料时,排气中都会产生醛类排放物,随着混合燃料中的醇含量增加,排气中醛类排放物也相应增加,汽油的甲醛排放要高于柴油;同一种燃料进行测试时,甲醛排放随着功率的增加呈先增大后减小的趋势;双三元催化转化器对甲醛有一定的催化作用.     

FTIR和色谱仪对甲醇汽油醛类排放检测结果的研究

在一台满足国III排放法规的多点电喷汽油机上,分别使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)(在线)、气相色谱仪和液相色谱仪(离线),对同一工况和相同燃料条件下的甲醛排放物进行检测和对比。结果表明:FTIR检测的发动机尾气中甲醛排放规律与气相和液相色谱仪检测出的规律一致,但FTIR法的检测值要比色谱法高。另外,使用FTIR测量了常规车用三效催化转化器前后的甲醛、乙醛、甲醇等非法规排放,结果表明:随着掺醇比例的增加,甲醛和甲醇排放急剧增加,乙醛排放则减少。三效催化转化器对甲醇汽油掺混燃料的甲醛、乙醛和甲醇排放转化效果显著,经处理后,基本上可实现零排放。     

二甲醚均质充量压燃发动机燃烧特性试验研究

通过改造一台压缩比为16．5的2-135柴油机,在其上实现DME的HCCI燃烧方式。试验结果表明,DME HCCI发动机不但可以实现无烟燃烧,而且可以有效控制发动机NOx排放,使其接近0排放。在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷变化不大。     

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。     

掺烧比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放的影响

燃料富氧重整和双燃料燃烧模式是改善燃烧过程和降低颗粒物排放的重要方法.在一台四缸增压中冷的高压共轨柴油机上,采用进气道喷射甲醇、缸内喷射P50(50％体积比例柴油与50％体积比例PODE)的双燃料模式,研究掺混比对P50/甲醇双燃料发动机燃烧与排放特性的影响.研究结果表明:相比于纯柴油模式,P50及P50/甲醇双燃料燃...     

高压缩比甲醇发动机非常规排放影响分析

采用一维GT-Power和三维CFD仿真软件耦合甲醇氧化详细化学动力学机理，以某传统柴油机参数为基础，搭建了火花点火式甲醇发动机的一、三维物理模型，研究了该甲醇发动机的非常规排放。研究表明：随着负荷的增大，未燃甲醇与甲醛的排放呈现先减少后增多的趋势；小负荷时，增加点火提前角更能有效降低未燃甲醇及甲醛排放；随着转速增加，未燃甲醇排放有增加的趋势，而甲醛排放呈现先增加后减少的趋势；增大EGR率更能明显地降低未燃甲醇及甲醛的排放；压缩比增大可以降低未燃甲醇及甲醛排放，且其增加到17.5之后，排放量几乎接近于0;当压缩比较小时，当量比的增大能有效减少未燃甲醇及甲醛排放；未燃甲醇与甲醛主要分布在缸壁、缸盖底面与活塞顶面的一些缝隙区域。     

低比例甲醇汽油发动机排放建模与预测

在1台进气道多点电喷EQ491i汽油机上,采用AVL傅里叶变换红外光谱多组分分析仪SESAM-FTIR测量了燃用低比例甲醇汽油的排放成分。使用发动机循环模拟软件Boost耦合化学动力学软件Chemkin,建立了甲醇汽油发动机循环计算模型并用试验结果进行标定,模拟了甲醇汽油发动机中的常规排放NOx和非常规排放甲醛的生成情况。模拟结果表明,在相同工况条件下,随着甲醇比例的增大,甲醛排放基本呈线性增长。发动机负荷对甲醛排放影响不大,NOx排放主要受空燃比和燃烧温度影响。     

甲醇汽油发动机燃烧及其醇醛排放特性的研究

在一台排放达到国Ⅲ标准的直列四缸进气道喷射汽油机上,分别燃用汽油、M15、M50甲醇汽油3种燃油,采用欧洲测试循环中的城市道路工况和高速公路工况循环,对3种燃料的燃烧特性、醇醛排放和燃油经济性进行了测试。结果表明:最大爆发压力随着掺醇量的增加而增大,且出现的曲轴转角位置提前。掺醇汽油的最大放热率比纯汽油的高,主燃期缩短,循环变动率降低。未燃甲醇和甲醛排放随掺醇比例的增大而增加,随负荷的增大先增加后降低,经催化转化器催化后排放几乎为零。M15和M50的当量燃油消耗率在中高负荷下比汽油低,特别在高速大负荷条件下最大降幅达9.0%。     

柴油掺烧甲醇预混合燃烧和排放特性

在一台六缸柴油机上搭建了进气喷射甲醇掺烧系统,对不同替代率下的柴油掺烧甲醇工况燃烧和排放特性进行了试验研究。试验结果表明:掺烧甲醇改变了发动机的燃烧特性。随甲醇替代率的上升,预混合燃烧比例逐渐增大,扩散燃烧比例则减小。掺烧甲醇后,缩短了整体工况的燃烧持续期,使放热更加集中,改善了燃烧等容度。掺烧甲醇还会从散热系统回收一部分热量,共同作用下使热效率得到大幅提高。但大比例掺烧甲醇也会对NOx及CO排放带来恶化,并生成甲醇与甲醛等非常规排放物。同时掺烧甲醇还会延长滞燃期,因此需要调整柴油的主喷正时以保证发动机运转稳定。     

HCCI combustion characteristics during operation on DME and methane fuels

The Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine has attracted much interest because it can simultaneously achieve high efficiency and low emissions. However, the ignition timing is difficult to control because this engine has no physical ignition mechanism. In addition, combustion proceeds very rapidly because the premixed mixture ignites simultaneously at multiple locations in the cylinder, making it difficult to increase the operating load. In this study, an HCCI engine was operated using blended test fuels comprised of dimethyl ether (DME) and methane, each of which have different ignition characteristics. The effects of mixing ratios and absolute quantities of the two types of fuel on the ignition timing and rapidity of combustion were investigated. Cool flame reaction behavior, which significantly influences the ignition, was also analyzed in detail on the basis of in-cylinder spectroscopic measurements. The experimental results revealed that within the range of the experimental conditions used in this study, the quantity of DME supplied substantially influenced the ignition timing, whereas there was little observed effect from the quantity of methane supplied. Spectroscopic measurements of the behavior of a substance corresponding to HCHO also indicated that the quantity of DME supplied significantly influenced the cool flame behavior. However, the rapidity of combustion could not be controlled even by varying the mixing ratios of DME and methane. It was made clear that changes in the ignition timing substantially influence the rapidity of combustion.     

二甲醚均质压燃模式非常规排放的试验研究

在ZS1100柴油机上进行了二甲醚均质压燃、二甲醚—柴油混合燃料燃烧模式下的非常规排放试验研究。试验结果表明,二甲醚均质压燃非常规排放物主要是甲醛,其排放量主要与负荷变化相关,柴油机能够稳定运行的最大扭矩是20 N.m,混合燃料燃烧时,负荷可达到45 N.m。     

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。     

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。     

二甲醚发动机HCCI燃烧的试验和数值模拟研究

结合详细化学反应动力学机理,采用单区模型计算了二甲醚发动机均质充量压缩燃烧过程中缸内压力、缸内温度、重要中间产物浓度、NOx 浓度等的变化,并将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,二甲醚均质充量压缩燃烧具有两阶段着火特性,着火时间、NOx 排放和缸内压力变化趋势预测准确。     

气口喷射惰性添加剂的正庚烷HCCI燃烧过程的研究

在单缸发动机上对气口喷射多种惰性添加剂(甲醇、乙醇、异丙醇和MTBE)对正庚烷HCC I燃烧的影响进行了比较,结果表明,甲醇对着火抑制效果最显著,但是综合分析热效率和排放等因素,乙醇最佳。接着对乙醇着火控制机理进行了详细的试验研究和化学动力学分析。对排放影响因素分析表明,CO排放更多取决于燃烧温度,而HC主要取决于乙醇的比例。     

DME预混合引导进气实现PCCI-DI燃烧的试验研究

在单缸二甲醚发动机上开展了从进气管导入部分DME实现PCCI-DI燃烧的试验研究。结果表明,采用PCCI-DI工作模式时发动机可在较宽广的转速和负荷下运行,热效率增加,NOx排放下降,但HC和CO排放有所上升;随着进气管中导入的二甲醚量的增加,NOx,HC和CO排放都随之增加;此外,发动机采用PCCI-DI工作方式时,供油提前角可在原DME直喷压燃发动机的基础上进一步推迟。     

Numerical analysis of the effect of inhomogeneous pre-mixture on the pressure rise rate in an HCCI engine using multi-zone chemical kinetics

The HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) engine is an internal combustion engine under development, which is capable of providing both high diesel-like efficiency and very low NO_x and particulate emissions. However, several technical issues must be resolved before the HCCI engine is ready for widespread application. One issue is that its operating range is limited by an excessive pressure rise rate which is caused by the excessive heat release from its selfaccelerated combustion reaction and the resulting engine knock in high-load conditions. The purpose of this study was to evaluate the potential of thermal and fuel stratification for reducing the pressure rise rate in HCCI engines. The NO_x and CO concentrations in the exhaust gas were also evaluated to confirm combustion completeness and NO_x emissions. The computational work was conducted using a multi-zone code with detailed chemical kinetics, including the effects of thermal and fuel stratification on the onset of ignition and the rate of combustion. The engine was fueled with dimethyl ether (DME) which has a unique two-stage heat release, and methane which has a one-stage heat release.