火花点火发动机燃用天然气掺氢混合燃料循环变动研究

在火花点火天然气发动机上开展了不同掺氢比天然气掺氢混合燃料(氢气在混合燃料中的体积分数为0%、12%、23%、30%和40%)循环变动的试验研究,试验工况点对应于发动机中低负荷.分析了掺混氢气对天然气发动机循环变动的影响.研究结果表明:在稀燃条件下,随着掺氧比的增加,缸内最高压力、最大压力升高率以及平均指示压力均增加.随着掺氢比增加,缸内最高压力与其对应的曲轴转角之间和最大压力升高率与其对应的曲轴转角之间的相关性更强.在化学计量比或浓燃时,掺混氢气可以维持平均指示压力的循环变动系数在较低的水平.在稀燃时,平均指示压力的循环变动系数随掺氢比增加而降低.平均指示压力的循环变动系数达到10%所对应的过量空气系数随掺氢比增加而增加,表明天然气掺混氢气扩展了天然气发动机的稳定稀燃极限.     

火花点火天然气掺氢发动机结合EGR时的循环变动规律

在火花点火式天然气掺氢发动机上,开展天然气掺氢结合EGR时发动机循环变动的试验研究,分析了不同EGR率和掺氢比时发动机燃烧循环变动规律.结果表明,对于给定的燃料,随EGR率的增加,缸内最高压力和最大压力升高率下降,循环变动增加,缸内最高压力和最大压力升高率与其对应的曲轴转角之间的相关性减弱.平均指示压力下降且分布趋于分...     

天然气缸内直喷发动机燃烧循环变动特性研究

开展了天然气高压缸内直喷发动机的燃烧循环变动特性研究。研究结果表明,小当量比工况下(<0.4),会出现失火循环和部分燃烧循环,平均指示压力pmi值低,pmi的循环变动系数大,大当量比工况下pmi的循环变动系数小。最高气缸压力高的循环燃烧速率快、燃烧过程的等容度好。最高气缸压力与其对应的曲轴转角之间、最高气缸压力升高率与其对应的曲轴转角之间、最高气缸压力和pmi之间都存在着一定关系。最高气缸压力与火焰发展期、快速燃烧期也存在很好的对应关系。高的最高气缸压力对应着短的火焰发展期和短的快速燃烧期。循环的累积放热量越大则pmi越大,pmi的大小与累积放热量的大小存在对应关系。     

天然气火花点火发动机循环变动的分析方法

通过单点电喷天然气发动机上的实验研究,分析了利用实测缸内压力和放热率曲线来分析研究点火发动机循环变动的各种方法,并阐述了各种方法的适用性以及不同表征循环变动的参数之间的关系.分析的结果指出:正常燃烧循环峰值压力(pmax)与其出现转角(ψpmax)有良好得对应关系,混合气较浓时工况时pmax或ψpmax的变动率比稀混合气时小;而平均指示压力(IMEP)与pmax的关系却不明显,因此当以发动机的动力性为主要研究对象时,不宜采用pmax作为循环变动的分析参数.为了综合考虑整个循环压力变动的特征,提出了对每个曲轴转角处压力变动都进行分析的方法,另外为了分析燃烧等容度变动,还提出了放热率型心位置变动率的概念,并指出放热率型心靠近上止点有利于提高IMEP.     

丙烷发动机燃烧变动研究

测量了火花点火丙烷气体发动机在不同转速、涡流强度及混合比下的气缸压力,并对测量的气缸压力及由气缸压力求出的用曲轴转角表示的初期燃烧期间等进行了统计分析。试验结果表明,随着混合气变稀平均指示压力的变动迅速增大;转速相同时,平均指示压力的变动随着涡流比的增大而减小;在稀薄混合气条件下,随着初期燃烧期间平均值的增加平均指示压力的变动急剧上升。     

火花点火发动机压力循环变动的评价方法研究

分析比较了火花点发动机循环变动的评价方法,并提出了用各个曲轴转角下的压力变动率曲线表示压力循环变动的方法。结果表明,平均指示压力的标准差及变动率是评定内燃机压力循环变动的最佳参数;各个曲轴下的压力标准差及标准差及变动率曲线可以清楚地表示出发动机工作过程中各个曲轴转角下的压力变动情况;进气过程中也存在压力变动,其压力变动率高于燃烧过程;燃烧过程的压力变动率存在一个峰值。     

沼气掺氢发动机燃烧稳定性试验

在一台单缸火花点火发动机上开展了燃用不同组分配比的沼气模拟气体的掺氢混合气的燃烧稳定性试验研究.研究结果表明:在15%～35%的掺氢比范嗣内,随着混合气中掺氢比的增加,发动机循环变动变小,燃烧稳定性提高.掺氢导致平均指示压力的循环变动系数减小,燃烧放热率加快,火焰发展期缩短.其中35%掺氢比的混合气比15%掺氢比的混合...     

引燃柴油喷油正时对LNG-柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

以一台涡轮增压六缸柴油机改造的发动机为试验对象,研究引燃柴油喷油正时对LNG-柴油双燃料发动机燃烧特性的影响。研究了不同喷油正时下的双燃料发动机的缸内压力、压力升高率、缸内温度、燃烧放热规律、循环变动等参数。研究结果表明:引燃柴油喷油正时对双燃料发动机燃烧特性影响很大。随引燃柴油喷油正时的增大,最高缸内压力、最高压力升高率、最大燃烧温度和最大瞬时放热率先升高后降低且所对应的曲轴转角减小;峰值压力循环变动系数先降低后增大,峰值压力升高率循环变动系数降低。     

电控LPG发动机稀限判据的研究

分析了电控低压气体喷射的LPG在小型点燃式发动机上应用时,有关稀限判据参数的选取和依据。试验在一台四冲程、水冷125 mL单缸电喷发动机上进行。通过研究的缸内外多种参数的分析发现,可作为LPG燃烧稀限判据的参数有平均指示压力变动系数—经典的稀限判据,HC排放值,HC排放升高率,失火率及最高燃烧压力曲轴转角位置变动系数。试验发动机可以取平均指示压力变动系数15%、HC排放500×10-6和HC排放升高率2 000×10-6以及失火率1%及最高燃烧压力曲轴转角位置变动系数50%作为LPG燃烧稀限的判据。     

低热值气体燃料发动机燃烧特性试验研究

在一台单缸火花点火发动机上开展了燃用不同组分配比的低热值气体燃料燃烧特性的试验研究,分析了发动机燃用天然气掺加氮气0%-35%组成的低热值气体燃料在不同负荷下的缸压、压力升高率、放热率、火焰发展期、快速燃烧期及其循环变动性能.研究结果表明:不同负荷下,随着低热值气体中氮气体积分数的增加,最大缸内压力和压力升高率降低,燃烧放热率下降,火焰发展期变长,同时低热值气体中氮气体积分数增加导致发动机放热率曲线型心明显偏离上止点;低热值气中氮气体积分数小于20%时,燃烧稳定性较好,平均指示压力和最大缸压具有强线性相关性,但当氮气体积分数达到30%,小负荷工况下燃烧循环变动明显加强.     

直喷式柴油机燃用二甲基醚(DME)试验研究

介绍了在1100单缸直喷式柴油机上燃用DME的发动机试验研究结果。研究表明：通过增加循环供油量可使柴油机燃用DME后恢复到原机略低，同时缸内最大爆发压力降低，发动机碳烟排放为零，HC和CO排放比原机略高，NOx排放比原柴油机降低约50%以上，供油提前角减少，缺内最大爆发压力降低，NOx排放可进一步大幅度降低，但HC排放略有升高；加大喷孔直径，缸内爆发压力升高，NOx排放升高，HC和CO排放在中低负荷相差不大，但在大负荷工况有所升高。     

均质压燃燃烧闭环控制系统的开发和试验研究

以缸内喷射CO2为控制手段,实现了对柴油均质压燃(HCCI)燃烧的闭环控制。开发了基于循环的燃烧相位闭环控制系统,试验研究了系统的开环和闭环性能。基于循环的燃烧闭环控制系统包括气缸压力采集、燃烧特征参数计算和控制参数更新等模块。经过对最高燃烧压力对应的曲轴转角(φpmax)、最大压力升高率对应的曲轴转角(φλmax)和燃烧分数为50%时对应的曲轴转角(CA50)等参数的比较,决定选择CA50作为反馈参数。试验结果表明:用CO2喷射作为执行器能实现燃烧相位的快速控制。系统能很好地跟踪CA50阶跃输入,并且在转速和负荷干扰存在的情况下实现对CA50的控制。     

Investigation of combustion characteristics and emissions in a spark-ignition engine fuelled with natural gas–hydrogen blends

In this study, an experimental study on the performance and exhaust emissions of a spark-ignition engine fuelled with methane–hydrogen mixtures (100% CH₄, 10% H₂ + 90% CH₄, 20% H₂ + 80% CH₄, and 30% H₂ + 70% CH₄) were performed at different engine speeds and different excessive air ratios. This present work was carried out on a Ford engine. This is a four-stroke cycle four-cylinder spark-ignition engine with a bore of 80.6 mm, a stroke of 88 mm and a compression ratio of 10:1. Experiments were performed at 1500, 2000, 2500 and 3000 rpm and at wide open throttle (WOT). CO, CO₂ and HC emission values and cylinder pressure were measured. The results showed that while the speed and excessive air ratio increase, CO emission values decrease. The reduction of HC and CO emissions could be obtained by adding hydrogen into the natural gas when operating on the lean mixture condition. Increasing the excessive air ratio also decreases the maximum peak cylinder pressure.     

乙二醇单丁醚-柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台TY1100轻型直喷式柴油机上研究了添加15%、25%(体积分数)的乙二醇单丁醚(NBE)的柴油混合燃料对柴油机在转速为1400r/min和2000r/min下燃烧和排放性能的影响.试验结果表明:NBE 可与柴油实现良好的互溶;在不改变柴油机结构参数的条件下,燃用柴油-乙二醇单丁醚燃料时,着火略有延迟,燃烧速度加...     

多缸汽油机倒拖示功图分析

简要介绍了作者开发的可对多缸汽油机各缸压力进行同时检测的测量系统;报导了利用该系统对４９２ Ｑ Ｃ汽油机各缸倒拖压力进行测量及比较分析的结果。在转速分别为ｎ＝ ９９９ ｒ／ｍ ｉｎ、１ ３９３ ｒ／ｍ ｉｎ、２ ３１８ ｒ／ｍ ｉｎ、３ ８０４ ｒ／ｍ ｉｎ 的条件下,测量了节气门开度变化时的各缸倒拖压力,比较分析了可近似反映各缸进气量大小的各缸倒拖压力最大值。结果表明,采用作者开发的多缸发动机各缸压力同时测量系统可有效地对多缸发动机倒拖时的缸间充气量差异进行评价。试验用发动机的第１ 缸倒拖最大压力的变动大于第２ 缸,第３ 缸的倒拖最大压力的变化大于第４ 缸;第４ 缸的进气量最大,第２ 缸的进气量最小;各缸的倒拖最大压力偏差率在－ ９％ ～６％ 的范围内变化     

柴油机燃用低比例小球藻生物柴油-柴油混合燃料的试验研究

以野生小球藻生物柴油(Chlorella Biodiesel Fuel,CBF)-柴油作为混合燃料,利用186FA柴油机进行台架试验。在CBF的掺混比例分别为0%,3%,5%(B0,B3,B5)时,对柴油机的动力性、燃料燃用的经济性和燃烧及排放特性进行了比较分析。试验分析表明:柴油机燃用混合燃料时,与燃用纯柴油相比,随着CBF掺混比例的增加,其扭矩和功率略有下降,最大降幅均为4%;柴油机的油耗率和能耗率略有上升,且在高、中负荷时更为明显;柴油机的缸内压力、放热率峰值稍有减小,而压力升高率峰值稍有增大,缸内压力峰值最大降幅为3.4%,放热率峰值最大降幅为12.8%,压力升高率峰值最大增幅为13.7%;柴油机滞燃期缩短了0.5~1.0°CA、燃烧持续期延长了1.0~2.0°CA,缸内压力、压力升高率和放热率峰值的出现时刻均提前了1.0~2.0°CA,燃烧速度加快;HC,CO和碳烟的排放均有所降低,而NOX的排放逐渐增多,全负荷时HC和碳烟排放的最大降幅分别为14.1%和31.7%,NOX排放的最大增幅为9.7%,CO排放的降幅为6%~12%。     

Effect of addition of hydrogen and exhaust gas recirculation on characteristics of hydrogen gasoline engine

The effects of exhaust gas recirculation (EGR) on combustion and emissions under different hydrogen ratios were studied based on an engine with a gasoline intake port injection and hydrogen direct injection. The peak cylinder pressure increases by 9.8% in the presence of a small amount of hydrogen. The heat release from combustion is more concentrated, and the engine torque can increase by 11% with a small amount of hydrogen addition. Nitrogen oxide (NOx) emissions can be reduced by EGR dilution. Hydrogen addition offsets the blocking effect of EGR on combustion partially, therefore, hydrogen addition permits a higher original engine EGR rate, and yields a larger throttle opening, which improves the mechanical efficiency and decreases NOx emissions by 54.8% compared with the original engine. The effects of EGR on carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions are not obvious and CO and HC emissions can be reduced sharply with hydrogen addition. CO, HC, and NOx emissions can be controlled at a lower level, engine output torque can be increased, and fuel consumption can be reduced significantly with the co-control of hydrogen addition and EGR in a hydrogen gasoline engine.     

Realizing low emissions on a hydrogen-fueled spark ignition engine at the cold start period under rich combustion through ignition timing control

This paper analyzed low emissions on a hydrogen-fueled spark ignition (SI) engine at the cold start period under rich combustion through ignition timing (IT) control. Cold start characteristics of hydrogen-fueled engine were investigated experimentally. The study was performed under different IT. The results demonstrated that when excess air ratio (λ) was 0.7 and IT varied from 25 °CA BTDC to 10 °CA ATDC, the peak cylinder pressure of the first cycle and the successful start time (SST) of hydrogen engine first increased and then decreased with the retard of IT. At 15 °CA BTDC, the hydrogen engine gained the shortest SST and the highest cylinder pressure in the first cycle. Flame development period (CA0-10) first shortened and then lengthened, and flame propagation period (CA10-90) prolonged when IT gradually retarded. The average NOx emissions efficiently reduced by 90.2%, HC and CO emissions caused by the evaporated lubricant oil reduced individually by 33.8% and 19.7% in the first 6 s during the cold start process with the retard of IT. Especially when IT delayed from 25 °CA BTDC to 15 °CA BTDC, the effect of IT on HC emissions was significant.     

喷射策略对柴油转子发动机缸内燃烧过程的影响

针对直喷式柴油转子发动机缸内工作过程,基于FLUENT软件建立了耦合正庚烷简化机理的二维计算模型,并利用文献数据验证了模型的可靠性。设定喷射持续期不变,对比分析了单次或二次喷油时喷射时刻对燃烧过程的影响。研究结果表明:单次喷射时,缸内压力和缸内温度随喷射时刻的推迟而逐渐提高;喷油提前角为40°CA时CO生成量较高而NO生成量最低。二次喷射时,设置预喷时刻为-40°CA,随着主喷时刻的推迟缸内压力变化不大,CO生成量逐渐降低;当预喷时刻为-40°CA,主喷时刻-8°CA时,与单次喷射时刻为-40°CA相比,保持了较高的缸内压力,CO生成量降低了25%以上,NO生成量有所升高。     

提高喷射压力改善130系列柴油机燃烧过程的研究

本文介绍了采用普通直列式喷油泵,通过提高启喷压力、提高供油速率和降低涡流强度的方法改善高速直喷式柴油机性能的研究结果。试验是在一台缸径为130mm、冲程为150mm的单缸试验机上进行的。试验结果表明,标定工况下的燃油消耗率比原机降低了7.9％,CO和HC分别降低了77％和31％,最高燃烧压力降低了O.7MPa,排气烟度也有所改善,仅NO_x增加了3.2％。低速时与原机相比,NO_x和CO均有较大幅度的改善,而其燃油消耗率基本保持不变。燃烧放热过程具有前期放热较缓,后期放热较急和燃烧持续期较短等特点。