乙醇燃料均质压燃发动机的试验研究

利用进气预热和废气再循环(EGR)控制方法,在由CA6110柴油机改造的单缸发动机上进行了以乙醇为燃料的均质混合气压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)试验研究。结果表明:在过量空气系数λ=1~9时,发动机可以实现HCCI燃烧,但由过量空气系数和EGR率表示的HCCI工作范围受爆震和部分燃烧的限制。乙醇燃料HCCI燃烧最大平均指示压力可达到0.6 MPa,指示效率可达到60%。在HCCI燃烧中只产生少量的NOx,但是未燃HC和CO的排放较高。     

火花点燃对乙醇HCCI燃烧稳定性的影响

针对实现均质压燃(HCCI)燃烧的难点之一:着火和燃烧的控制,在一台由柴油单缸机改造而成的乙醇燃料HCCI燃烧单缸试验机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点燃对HCCI燃烧稳定性的影响。结果表明:HCCI燃烧方式的燃烧循环变动比火花点火燃烧低,燃烧速度快,热效率高,NOx的排放大幅降低。在HCCI临界温度工况下引入火花辅助点燃能提高燃烧稳定性,减少失火循环的产生;随着缸内温度逐渐高于混合气的临界着火温度,火花点燃对HCCI燃烧的影响逐渐减弱。     

乙醇燃料SI-HCCI-SI燃烧模式发动机的工作区域

为了研究火花点火和均质压燃两种燃烧方式的转换,在一台ZS1105柴油发动机的基础上通过改变压缩比、燃料供给方式和进气系统,采用进气预热成功实现了HCCI和SI两种燃烧方式的转换。试验结果表明:所开发的双燃烧模式发动机运行可靠,可方便地实现火花点火和均质压燃两种燃烧方式的转换,可作为研究这两种燃烧方式转换的平台。确定了乙醇燃料HCCI工作区域的上、下边界判断方法,得到了乙醇燃料SI-HCCI-SI燃烧的工作区域。     

直喷汽油机SI/HCCI燃烧过程的CFD模拟研究

建立了缸内直喷HCCI汽油机三维数值模型,且搭建了CFD-化学动力学反应机理计算模型.基于该计算模型平台研究了缸内直喷汽油机SI/HCCI燃烧模式下的燃烧与排放特性.分析了缸内喷雾发展过程、混合气空间分布以及不同燃烧模式下缸内压力与NO排放.研究结果表明,与传统火花点火燃烧模式相比,均质压燃模式下缸内温度空间分布更佳均匀;缸内压力升高率更高;但是燃烧持续期有所缩短.     

气口喷射DMM/柴油混合燃料实现HCCI燃烧

为了促进缸内均匀混合气的形成,将不同比例的DMM/柴油混合燃料通过气口喷射,在单缸发动机上实现了具有超低排放特征的HCCI燃烧方式,考察了混合燃料中DMM的比例、冷却EGR率对HCCI燃烧的转速和负荷范围的影响,以及负荷、冷却EGR率和进气温度对HCCI燃烧的影响.研究表明,由于DMM/柴油混合燃料显著改善了燃料的雾化特性,因此混合燃料能够在较宽的转速和负荷范围内实现HCCI燃烧.此外,由于混合燃料含有很高比例的氧份,因此容许采用较大比例的废气再循环,并且因为冷却的废气再循环推迟了HCCI的着火时刻.通过燃料改性结合外部废气再循环在较大范围内实现了HCCI燃烧.     

乙醇燃料内燃机均质压燃的工作区域

在一台由CA6110柴油机改造的单缸HCCI发动机上进行了乙醇燃料的HCCI工作区域的试验研究。确定了由平均指示压力pm i和转速n表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的指示热效率和排放性能。结果表明:HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可达60%;指示热效率主要受负荷的影响,转速对其几乎没有影响。HCCI燃烧只产生很少的NOx,最大NOx指示比排放只有1 g/kWh;而HC和CO排放都比较高,最低的HC和CO排放约为5 g/kWh,而且对负荷非常敏感。     

进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响

在一台快速压缩机上模拟甲醇HCCI的燃烧过程,通过缸压曲线和活塞位移曲线等数据进行计算分析,研究了进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响规律。结果表明,当其他边界条件一定时,随着甲醇混合气进气温度的增加,甲醇HCCI的燃烧始点提前,缸内压力升高率峰值增加,放热率峰值增加,燃烧持续期缩短。     

柴油质量对柴油机排放的影响

阐述了柴油规范要求和国内现状,利用2种柴油进行排放对比试验,研究柴油十六烷值和硫含量对柴油机排放的影响.试验结果表明:十六烷值越高,柴油的着火性能越好,着火延迟期越短,可燃混合气燃烧改善,CO排放生成机率降低,燃烧初期缸内峰值温度降低,缸内NOx生成时间相对缩短,NOx排放会降低,导致局部区域不完全燃烧,使THC排放增加;硫含量越高生成的颗粒物排放也越高.     

增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的十三工况排放特性

在应用自行研制的助溶剂解决了乙醇与柴油相溶性问题的基础上,进行了增压中冷压燃式发动机燃用E10柴油醇十三工况排放特性的试验研究。结果表明:与燃用0#柴油相比,燃用E10柴油醇的排放污染物HC、NOx、PM和SOF的比排放量有所增加,CO和DS的比排放量有所减少;中小负荷工况分担率的增加导致了多种排放污染物比排放量的增加;乙醇的高汽化潜热使缸内温度变低是比排放量增加的主要原因。提高中小负荷的进气温度可以适当提高缸内温度,从而降低CO、HC、PM和SOF的比排放量,但NOx比排放量会有所增加。     

汽油机NOx的形成及控制

对NO的生成机理进行了分析 对以下因素———燃空当量比、燃烧产物高温区停留时间、点火提前角、负荷、转速及冷却水温与混合气温度对NO生成的影响进行了详细讨论 最后提出了降低NOx 排放的各种控制措施 ,其中包括适当推迟点火提前角、降低冷却水温、通过进气喷水增加进气湿度、降低压缩比、排气再循环以及在机外加催化器 另外在排气系统中放入吸附材料以及采用进气门全可变凸轮调节系统均可大幅度降低NOx     

Numerical investigations on HCCI engine with increased induction induced swirl and engine speed

Homogeneous charge compression ignition(HCCI) mode of combustion is popularly known for achieving simultaneous reduction of NOx as well as soot emissions as it combines the compression ignition(CI) and spark ignition(SI) engine features. In this work, a CI engine was simulated to work in HCCI mode and was analyzed to study the effect of induction induced swirl under varying speeds using three-zone extended coherent flame combustion model(ECFM-3Z, compression ignition) of STAR-CD. The analysis was done considering speed ranging from 800 to 1600 r/min and swirl ratios from 1 to 4. The present study reveals that ECFM-3Z model has well predicted the performance and emissions of CI engine in HCCI mode. The simulation predicts reduced in-cylinder pressures, temperatures, wall heat transfer losses, and piston work with increase in swirl ratio irrespective of engine speed. Also, simultaneous reduction in CO2 and NOx emissions is realized with higher engine speeds and swirl ratios. Low speeds and swirl ratios are favorable for low CO2 emissions. It is observed that increase in engine speed causes a marginal reduction in in-cylinder pressures and temperatures. Also, higher turbulent energy and velocity magnitude levels are obtained with increase in swirl ratio, indicating efficient combustion necessitating no modifications in combustion chamber design. The investigations reveal a total decrease of 38.68% in CO2 emissions and 12.93% in NOx emissions when the engine speed increases from 800 to 1600 r/min at swirl ratio of 4. Also an increase of 14.16% in net work done is obtained with engine speed increasing from 800 to 1600 r/min at swirl ratio of 1. The simulation indicates that there is a tradeoff observed between the emissions and piston work. It is finally concluded that the HCCI combustion can be regarded as low temperature combustion as there is significant decrease in in-cylinder temperatures and pressures at higher speeds and higher swirl ratios.     

Influences of Catalytic Combustion on the Ignition Timing and Emissions of HCCI Engines

The combustion processes of homogeneous charge compression ignition(HCCI)engines whose piston surfaces have been coated with catalyst(rhodium or platinum)were numerically investigated.A single-zone model and a multi-zone model were developed.The effects of catalytic combustion on the ignition timing of the HCCI engine were analyzed through the single-zone model.The results showed that the ignition timing of the HCCI engine was advanced by the catalysis.The effects of catalytic combustion on HC,CO and NOx emissions of the HCCI engine were analyzed through the multi-zone model.The results showed that the emissions of HC and CO(using platinum(Pt)as catalyst)were decreased,while the emissions of NOx were elevated by catalytic combustion.Compared with catalyst Pt,the HC emissions were lower with catalyst rhodium(Rh)on the piston surface,but the emissions of NOx and CO were higher.     

边界条件对乙醇HCCI发动机燃烧的影响

利用发动机循环模拟软件BOOST,并使用详细的化学反应动力学机理,建立了乙醇HCCI发动机的单区模型。模拟计算结果与试验结果吻合得较好。利用该模型研究了气门流量系数和缸内壁面温度对燃烧的影响。模拟计算结果表明,该HCCI发动机的气门流量系数不宜取得很大,在较小的流量系数下HCCI的燃烧变得柔和;而改变壁面温度相当于对进气加热,促进了燃烧。     

混合气质量对乙醇发动机均质压燃燃烧特性的影响

在一台经改造而成的单缸均质压燃(HCCI)发动机上,以乙醇为燃料研究了不同循环供油量和废气再循环(EGR)率对HCCI燃烧的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明:乙醇燃料HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可以接近60%;最高平均指示压力Pmi为0.6MPa;过量空气系数a和EGR率的合理组合可以有效控制HCCI燃烧的着火正时和NOx排放,但是EGR的加入会导致HC和CO排放增加。