纯甲醇发动机冷起动系统的研发

针对纯甲醇发动机低温起动困难的问题,从改善甲醇燃料的蒸发和雾化人手,在进气歧管前节气门后加装自行研发的甲醇发动机冷起动系统,采用PTC陶瓷热敏电阻将起动时喷入气缸的甲醇加热,促其蒸发,使甲醇蒸汽浓度达到着火界限.试验结果表明,装有该冷起动系统的甲醇发动机可在环境温度为0℃的低温条件下冷起动一次成功,较好地解决了纯甲醇发动机的冷起动问题.     

切诺基吉普汽车进气管加热器的结构特点

改善汽车低温起动性能,是汽车行业多年来的重大课题之一.北京吉普汽车公司生产的切诺基吉普车,装有大电阻的正温度系数(PTC)的陶瓷热敏电阻进气管加热器,能在短时间内对可燃混合气进行加热,使汽车在低温时的起动性能大为改善.加热器利用一个稳压的直流电源,当外界温度在25℃±2℃时,在12秒之内加热到60℃.三分钟之内可达135℃(如图1、2所示).     

甲醇发动机低温起动措施试验研究

针对甲醇发动机出现的低温冷起动问题,通过详细分析其冷起动困难的原因,提出多种甲醇发动机低温冷起动技术措施,并对主要的技术措施进行了试验研究。结果表明,采用进气道加热、喷射器加热和进气滚流措施都在一定程度上改善了甲醇发动机的冷起动性能;通过改变燃料组分可有效提高甲醇发动机的冷起动性能,M70和M85高比例甲醇燃料发动机在-25℃低温下能够顺利冷起动。     

点火时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在1台由1130单缸柴油机改造而成的直喷火花点火甲醇发动机上,利用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283K,研究了点火时刻对甲醇发动机低温(266K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:提前点火时刻能够使缸内混合气得到较充分燃烧,减少未燃甲醇排放,当点火时刻由8°BTDC提前到11°BTDC时未燃甲醇排放显著减少;提前点火时刻能够降低甲醛排放,当点火时刻提前到17°BTDC、缸内最高燃烧温度超过1 300K时,甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

喷射时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在一台由1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283 K,研究了喷射时刻对甲醇发动机低温(266 K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:推迟喷射时刻能够改善缸内燃烧,使得缸内混合气能够得到较为充分燃烧,减小未燃甲醇排放,当喷射时刻由53°BTDC推迟到49°BTDC时,未燃甲醇排放显著减少;喷射时刻由57°BTDC推迟到49°BTDC时,甲醛排放增大,但当喷射时刻继续推迟到45°BTDC时,缸内最高燃烧温度超过1 200 K,使得甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

烃类添加剂改善M100甲醇发动机冷起动的试验研究

针对M 100甲醇发动机在低温环境下起动困难的问题,在M 100甲醇中添加烃类添加剂,改善甲醇发动机的低温起动性能.按体积比在M 100甲醇中分别添加15%汽油、8.5%异戊烷、10%石油醚作为添加剂,采用试验的方法测量了-20℃,-10℃,0℃三种环境温度下,甲醇发动机的起动性能.结果表明:甲醇中添加15%的汽油、8.5%的异戊烷、10%的石油醚,-20℃时M 100甲醇发动机可以正常起动,起动时间小于3.5 s,在-10℃时起动时间小于2.5s,在0℃时起动时间小于1.5s;环境温度为-10℃时,增大首循环喷射脉宽有利于缩短起动时间,首循环喷射脉宽从110 m s增大到130 m s,添加上述比例添加剂后,M 100甲醇发动机的起动时间分别缩短0.2s,0.2s,0.05s.     

车用汽油机燃油空气加热器试验

为减少车用汽油机低温冷起动排放并实现快速起动,采用低压喷射、高压点火的方案,研制了一种新型燃油空气加热器,并对其进行结构优化和性能试验研究.结果表明:喷油压力对排放影响很大;喷油压力为3.5×105～4×105 Pa时,热风出口温度相差不大;喷油压力为4.5×105 Pa时,燃烧40 s后,热风出口温度上升较快,60 s时能达到109℃;结构优化后,加热时间可控制在60 s以内,但排气温度较高,燃烧室热负荷加大;采用该燃油空气加热器可实现快速有效的进气预热,为解决发动机低温冷起动排放高和起动困难等问题,提供了一个有效的措施.     

配备驻车加热器的柴油机冷起动性能改进

在低于-30℃的极端低温条件下,对装有驻车加热器的某柴油机进行了冷起动试验,并对其出现冷起动困难的原因进行了分析.研究发现,使用驻车加热器后对电控发动机ECU冷起动控制参数造成不利影响,并且与柴油机原有进气加热器未能实现合理的工作协调,对此提出了对电控系统硬件和软件控制策略进行改进的技术方案.经过改进和对冷起动控制参数进行重新标定后,该柴油机冷起动性能得到较大提高.     

基于循环控制的点燃式LPG—甲醇发动机冷起动性能研究

针对进气道电控喷射点燃式LPG—甲醇发动机,基于循环控制方法研究了LPG与甲醇循环喷射量质量比、LPG迟后甲醇喷射时刻和环境温度对LPG—甲醇发动机冷起动性能的影响。试验结果表明,加大LPG与甲醇循环喷射量质量比,LPG—甲醇发动机冷起动可靠性提高;合理控制LPG迟后甲醇的喷射时刻可获得良好的LPG—甲醇发动机起动性能;环境温度降低,需加大LPG与甲醇循环喷射量质量比才可确保LPG—甲醇发动机可靠起动。     

浅析柴油车发动机低温起动困难原因及其改善措施

为了改善某款军用越野车在-30~-41℃低温环境下的冷起动性能,通过多轮整车低温冷起动试验,并采集起动机的起动电流、发动机起动转速、冷却液温度等参数,对试验数据进行分析,确定发动机在低温时起动困难的原因。通过优化发动机ECU低温标定数据,选取低温性能更好的蓄电池,降低起动回路压降等措施,改善了该军用越野车的低温起动性能。     

甲醇汽油的中红外法测定研究

利用美国培安公司生产的ERASPEC中红外汽油分析仪,对5%～50%的甲醇汽油中的甲醇含量进行了测量,试图找到一种有效的甲醇含量测量方法;同时,将93#汽油及甲醇含量在5%～20%的甲醇汽油的辛烷值进行了对比分析;实验结果表明：当甲醇含量超过30%时,使用该仪器所测得甲醇含量与实际的甲醇含量有较大的偏差;若采用稀释测量的办法,使用石油醚或汽油对甲醇汽油稀释后的测量结果比使用无水乙醇的稀释结果好;另外,随着甲醇含量的增加,甲醇汽油的辛烷值及抗爆性均呈增大的趋势,但是当甲醇含量超过15%时,将对辛烷值没有太大的影响。     

直接甲醇燃料电池在汽车上的应用前景分析

介绍了直接甲醇燃料电池的结构、工作原理和特性,对影响其应用于汽车的两个主要因素———燃料转换效率和功率密度进行了详细地分析,对目前面临的主要技术难题和解决方法进行了阐述,如催化剂和甲醇渗透等,最后得出了一些相应的结论。     

一个适用于甲醇—参比燃料混合燃料的简化反应机理

对参比燃料、甲醇及甲醇—参比燃料混合燃料的主要反应历程进行了分析,利用详细反应机理研究了甲醇—参比燃料混合燃料燃烧时基元反应的相互影响特性。采用集总反应法构建了一个包含45种物质、75个反应的甲醇—参比燃料混合燃料简化反应机理,并利用激波管试验、流反应器试验、详细机理计算结果和HCCI发动机试验对该简化机理进行验证。结果表明,简化机理计算结果与试验结果及详细机理计算结果能够很好地吻合。     

甲醇-汽油两用燃料发动机设计

以一台1.5L、直列、四缸、四冲程发动机为基础开发了甲醇-汽油两用燃料发动机,对原发动机的硬件和软件进行了局部修改,选择了比较容易实现的双油箱双油轨结构,设计了甲醇-汽油两用的燃油供给系统、点火系统以及控制软件,实现了发动机汽油起动、暖机,甲醇、汽油之间的自由切换以及甲醇、汽油单独燃烧等功能。对甲醇-汽油两用燃料发动机进行了试验研究,试验表明,在转速变化较大而负荷相对变化较小的工况下适合燃用甲醇。虽然甲醇的消耗量大约是汽油的2倍,但其燃烧热效率比汽油高。     

甲醇发动机缸内EGR分层的研究

针对一台具有螺旋进气道的点火式甲醇发动机,采用进气道加装EGR管的方式实现了EGR和新鲜充量的分开引入。应用CFD仿真软件Fire模拟了不同EGR通入时间、不同燃烧室凹坑形状等对EGR分层的影响。结果显示,加装EGR管能够实现EGR的分层,EGR的通入时长和燃烧室凹坑形状都对EGR的分层产生影响。当燃烧室凹坑形状为浅圆柱型、新鲜充量的通入压力为100kPa、EGR通入压力为160kPa时,在300°BTDC(压缩上止点前)停止通入,能够形成火花塞周围EGR浓度低、越远离燃烧室顶部EGR浓度越高的EGR分层结构。同时,在保证EGR率和燃油消耗量相同条件下,通过改变点火提前角,分析分层EGR和均质EGR对甲醇发动机缸内燃烧的影响。分层EGR能有效地提高缸压峰值、缩短燃烧滞燃期、提前燃烧始点,有利于发动机缸内燃烧的改善。     

柴油/甲醇组合燃烧在增压柴油机上的应用

在4102增压柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式(在柴油机的一部分工况采用现有的扩散燃烧方式,另一部分工况采用柴油引燃醇燃料均质混合气的组合燃烧方式)进行试验;试验结果表明,采用组合燃烧后柴油机的NOx排放和燃料的消耗率较原机有显著减少。     

汽油机掺烧甲醇裂解气试验研究

在1台电喷汽油机上进行了掺烧甲醇裂解气试验研究,设计了甲醇裂解系统,利用发动机高温排气裂解甲醇,并将裂解气送入气缸燃烧,研究了掺烧甲醇裂解气对发动机经济性和动力性的影响.试验结果表明:在管式裂解器中,甲醇裂解的主要产物是H2和CO,体积分数分别为60.7%~64.8%,19.1%~23.1%;汽油掺烧甲醇裂解气会导致发动机输出扭矩降低,发动机当量燃料消耗率下降,热效率增加,甲醇替代比为20%时,不同负荷下当量燃料消耗率均下降6%以上,最大可降低8.8%,有效热效率由原机32.47%提高到35.57%;原机和掺烧裂解气发动机的有效热效率均随过量空气系数的增加而增加,相同过量空气系数条件下,掺烧裂解气发动机热效率比原机高.     

不同裂解条件对甲醇-柴油高温裂解产物的影响研究

采用石英管式流动反应器试验装置,配置不同体积掺混比(M0,M5,M10,M15)的甲醇-柴油混合燃料作为试验燃料,采集了混合燃料在不同裂解温度和甲醇掺混比下的裂解产物。应用气相色谱质谱联用仪GC-MS,对不同裂解条件下12种烃类产物的摩尔分数变化规律进行了研究;采用微克天平和扫描电镜SEM,对甲醇-柴油混合燃料裂解生成的炭烟产率及形貌特征的变化规律进行了研究。结果表明:裂解过程中,裂解温度高于973 K时,烷烃和芳香烃的摩尔分数变化率降低,芳香烃的摩尔分数增加,相比于923 K,裂解温度为973 K,1023 K和1073 K时,炭烟产率分别增加了1.7倍、5.1倍和11.6倍;甲醇掺混比增加,烃类物质摩尔分数和炭烟产率降低;裂解温度增加,炭烟的平均粒径降低,乙烷、丙烷、丁烷及丙烯、丁烯、丁二烯的浓度降低;甲醇掺混比增加,炭烟的平均粒径降低,乙烯的摩尔分数增加。