氢气直喷对发动机燃烧及排放性能的影响

基于一台高压直喷汽油机,将汽油直喷喷射器替换为氢气直喷喷射器,试验研究了发动机燃用氢气与汽油时的燃烧和排放特性差异。采用空气稀释,进一步分析了氢气发动机稀薄燃烧模式下热效率提升潜力及氮氧化物排放特性,明确了氢气燃料对发动机燃烧及污染物排放的影响规律。结果表明,当量燃烧模式下,相比汽油发动机,氢气发动机的燃烧持续期明显缩短,有效热效率降低,NO_x排放升高,CO及总碳氢（total hydrocarbon, THC）排放显著降低。提高氢气发动机的过量空气系数有助于改善有效热效率。在中等负荷工况下,过量空气系数为2.7时有效热效率可达43.5%。增大过量空气系数,氢气发动机能够在保持较高燃烧稳定性的情况下显著降低NO_x排放。在低负荷工况下,当过量空气系数大于2.3时NO_x排放最低可降低至44×10^-6。     

正丁醚/柴油混合燃料在单缸柴油机中的燃烧与排放特性研究

基于一台单缸压燃式发动机,研究了正丁醚（di-n-butyl ether, DnBE）/柴油混合燃料的燃烧与排放特性,并与纯柴油的试验结果进行了对比。分别采用平均指示有效压力（indicated mean effective pressure, IMEP）即发动机负荷0.55 MPa、0.65 MPa、0.75 MPa,废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）率0%、15%、30%,喷油正时上止点后-15°、-10°、-5°、0°及正丁醚掺混体积比20%、40%,综合评估了正丁醚/柴油混合燃料在不同发动机运行工况下的特性。台架试验结果表明：相比于纯柴油,正丁醚的添加使得缸内压力上升相位及放热开始时刻提前,并且在30% EGR率工况下更加明显。在所有测试工况下,正丁醚/柴油混合燃料的预混燃烧比例均小于纯柴油,且第一阶段放热率峰值更低。由于十六烷值的差异,40%正丁醚/柴油混合燃料的着火延迟时间与燃烧持续期更短且燃烧重心更早,表明其具有更快的燃烧速率。试验发现大比例正丁醚/柴油混合燃料的燃烧等容度更高,指示热效率高于纯柴油。此外,添加正丁醚后尾气中的NO_x与碳烟排放都会降低,而提高EGR率或推迟喷油均能有效减少NO_x的生成。综合而言,添加正丁醚可以有效缓解柴油机中NO_x排放、碳烟排放与指示热效率之间的权衡关系。     

低负荷工况下城市类重型柴油车的实际道路排放特性研究

应用便携式排放测试系统（portable emission measurement system, PEMS）,对3辆不同类型的城市类重型柴油车分别进行实际道路行驶排放测试。试验车辆包括：邮政车、垃圾自卸车、小学专用校车。对于处在不同负荷段的数据进行分类整理,分析车辆在低负荷工况下不同负荷段的CO、NO_x、颗粒物数量（particulate number, PN）的排放占比和比排放结果,并结合功基窗口法分析NO_x的排放特性。试验结果表明：在低负荷工况时,尤其是负荷率处于0~20%的阶段,CO、NO_x、PN的排放量占比分别达到72%~86%、60%~87%、52%~88%,且CO、NO_x、PN在低负荷阶段的比排放高于或接近国六排放限值。     

中速大功率双燃料船用发动机关键技术研究

以某型船用中速柴油机为基础，开展船用双燃料发动机关键技术研究。基于国内外先进柴油机及双燃料发动机技术，成功研发出具有自主知识产权的中速大功率双燃料发动机。配机试验表明:所研制的双燃料发动机功率和柴油机相当，NO_x 及CO₂排放明显降低；其动力性、总体经济性和排放性均优于纯柴油发动机。     

海洋石油主发电机燃用原油应用技术

基于原油理化特性对原油发动机运行的影响进行分析，提出原油发动机改造的技术路线。对闪蒸原油开展理化特性分析，得出酸值、含水量和倾点是影响闪蒸原油使用的关键点。搭建某中速船用柴油机燃油喷射系统和工作过程计算模型，对比分析在柴油和闪蒸原油模式下燃油喷射特性和发动机工作过程的差异。计算结果表明：当发动机切换为原油模式运行后，在100%负荷工况下最高燃烧压力较柴油模式升高1 MPa，各工况油耗较柴油模式上升5～6 g/（kW·h），NO_x排放较柴油模式上升明显，各工况支管排温较柴油模式上升约20 ℃，涡前排温上升约30 ℃。经试验验证，3台发电机组燃用原油后，运行状态良好，满足使用要求。     

聚甲氧基二甲醚/汽油双燃料火花辅助压燃燃烧和排放特性研究

对一台4缸缸内直喷汽油机的进气歧管和活塞进行改造,搭建了聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ethers, PODE）/汽油双燃料火花辅助压燃（spark assisted compression ignition, SACI）发动机试验平台,以PODE和汽油分别作为直喷和进气道燃料,系统地研究了直喷策略、进气温度和点火正时对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响规律。结果表明：在转速为1 600 r/min、负荷为0.4 MPa时,不同直喷正时的试验工况下,双燃料SACI燃烧存在3种不同的燃烧模式。随着直喷正时的提前发动机燃烧趋向于均质压燃,但过于靠前的直喷正时会使得发动机起燃变得困难,不完全燃烧比例增加。在稳定燃烧的前提下发动机在接近均质压燃的燃烧模式下可以获得更高的热效率,同时实现极低的NO_x和颗粒物排放。提高进气温度能够显著降低不完全燃烧比例并促进燃料起燃,使得发动机能在更早的直喷正时稳定运行,同时抑制了总碳氢（total hydrogen carbon, THC）和CO排放,但对低温燃烧模式下的NO_x排放影响较小。进气温度80 ℃下的最佳热效率相比40 ℃下提高了11.3%,对应的直喷正时提前了30°。提前点火能够促进燃烧的完全进行从而提高热效率,并有效降低THC和CO排放。在较短的喷油—点火间隔下,点火正时的变化能够改变燃烧进程从而实现对燃烧相位的控制。随着直喷正时的提前,点火正时对燃烧的影响减弱。基于合适的进气温度和点火正时,发动机使用汽油/PODE双燃料可以在接近均质压燃的燃烧模式下实现高效清洁的燃烧。     

汽油压燃发动机燃烧特性和污染物排放的试验研究

基于一台2.0 L柴油发动机,在1 500 r/min、平均有效压力（brake mean effective pressure, BMEP）0.4 MPa~0.9 MPa工况下进行了汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）和柴油压燃（diesel compression ignition, DCI）的燃烧和原始污染物排放的对比研究。此外,基于6个全球轻型车统一测试循环（worldwide harmonized light vehicle test cycle, WLTC）聚类工况点,进行了三元催化器（three-way catalyst, TWC）和稀燃NO_x捕集器（lean NO_x trap, LNT）或被动选择性催化还原器（passive selective catalytic reduction, PSCR）组合的污染物后处理方案的研究。研究结果表明：在负荷较低时,由于油气过度混合,缸内温度低,GCI的有效热效率低于DCI。随着负荷的提高,相比DCI,GCI的热效率明显改善,有效热效率最多提升至约43.0%。不同负荷下,相比DCI,GCI的NO_x排放略微下降,碳烟烟度（filter smoke number, FSN）显著下降;相比DCI,GCI的CO排放和HC排放在低负荷时大幅提高,但随着负荷提高,GCI的CO排放和HC排放与DCI的差距减小。基于某款车型实际测试的WLTC循环的6个聚类点对NO_x、HC、CO污染物排放的后处理进行评估,GCI发动机采用TWC+LNT/PSCR的后处理方案在满足国六b排放法规方面具有一定的潜力。     

油品差异对汽车发动机性能影响的试验研究

国内外汽车用油存在较大差异,为了让国产车更好地满足国外市场需求,以我国出口汽车使用的甲基叔丁基醚（MTBE）（体积分数为10%）混合汽油、乙醇体积分数为20%（E20）的含水乙醇汽油和我国92号汽油为对象,基于某排量为2.0 T的汽油发动机台架试验,进行了三种油品对发动机性能影响的分析及验证。通过试验结果对比发现,使用MTBE混合汽油和E20含水乙醇汽油的动力性均低于92号汽油。在经济性方面,E20含水乙醇汽油略低于92号汽油,而MTBE混合汽油能使燃料消耗下降7%左右。在排放性方面,使用E20含水乙醇汽油和MTBE混合汽油对CO、HC的排放都有显著的改善效果,而在低转速、低负荷时对NO_x的排放有一定改善,随着转速和负荷的上升,E20含水乙醇汽油对NO_x的排放改善不明显,使用MTBE混合汽油时NO_x的排放反而变差。     

氢发动机SCR催化器的NOx转化效率模拟

建立一维选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）催化器模型，采用稳态、瞬态小样试验标定SCR化学反应动力学机理，并分析SCR催化器对氢发动机排气中NO_x的催化还原过程。结果表明：入口O₂体积分数对NO_x催化还原有抑制作用，但入口H₂O体积分数对NO_x转化效率没有明显影响；当温度为250~400 ℃时，线性温升工况NO_x转化效率高于稳态工况且超过98%；氢发动机排气温度和原排NO_x体积分数随功率增大而增大，当功率大于60 kW且氨氮比等于1时，SCR催化器转化效率小于95%；增加氨氮比对NO_x转化效率的提高作用较小，这是由于在高温条件下增加的NH₃倾向与O₂反应。     

喷射正时和喷油持续期对正丁醇-正辛醇双燃料发动机性能的影响

将正丁醇、正辛醇分别作为预混合直喷燃料应用于双燃料发动机中,并利用KIVA4-CHEMKIN程序研究喷射正时和喷油持续期对正丁醇-正辛醇双燃料发动机燃烧及排放特性的影响。结果表明：喷射正时从5°提前到10°时,可以提高发动机的缸内平均压力、热释放率 （heat release rate,HRR）峰值和平均指示压力 （indicated mean effective pressure,IMEP）,减少CO排放量,但会使最大压力升高率和NO_x排放量增加。当喷射正时进一步提前到15°时,会导致机械损失增加,IMEP下降。延长喷油持续期可以降低缸内平均压力、HRR峰值、最大压力升高率和NO_x排放量,提高IMEP,但会使CO排放量先减少后增加。     

汽车替代燃料的现状分析与展望

世界能源危机与环境污染问题促使汽车行业能源体系转型,可再生、节能、环保、清洁的新型汽车替代燃料成为汽车行业的新宠.根据燃料是否可再生,将汽车替代燃料分为不可再生汽车替代燃料和可再生汽车替代燃料,并对天然气、液化石油气、醇醚类燃料、氢能源、植物油燃料、生物质裂解气燃料等汽车替代燃料与汽油、柴油等传统汽车燃料进行了分析和比较,总结了汽车替代燃料相对于传统汽车燃料的优点与缺点,并对汽车替代燃料的发展前景进行了展望.     

我国燃料油供需状况分析及替代燃料的研究趋势

介绍了我国燃料油市场的供需现状及其形成原因,预测了燃料油市场未来走向。对替代燃料研究的发展趋势进行了简要分析,介绍了国内现有的替代燃料研究以及不同研究项目的特点、利弊。     

氢气对柴油机油耗的影响

向柴油机进气道通入氢气,就加氢后柴油机的油耗变化进行实验研究．实验表明,加氢后柴油消耗量明显减少,节油率达20％-30％,可大大延缓石油资源的枯竭．就综合节油率而言,加氢后在高负荷下没有节油效果;而在低负荷下节油效果显著,其综合节油率可达14％,甚至更高．无论使用柴油还是乳化油,提高进气处氢气温度都可使油耗率有所降低,当氢气温度提高到90-130℃时,油耗率减小的幅度在3 g／(kW·h)左右．实验表明,乳化油和氢气的共同作用能够更好地提高节油率,使用乳化油后可以使节油率在原来的基础上略有增加,增幅约为3％．这是由于在缸内水的蒸发速度很快,当水蒸发后,柴油滴径变小,蒸发也更快,从而能够促进燃烧,使燃烧过程提前结束．     

柴油机喷油泵供油量不均的调整

分析了引起喷油泵供油不均的原因,如调试状态与使用条件的不同、调试时存在的供油不均、机件磨损、出油阀弹簧失效等;阐述了喷油泵装机后供油提前角、供油正时的检查及调整方法     

增压柴油机燃用生物柴油的排放特性

通过对比实验研究了增压柴油机燃烧生物柴油和普通柴油对发动机动力性、经济性和排放特性的影响,研究结果表明：对于实验发动机,在对喷油泵不做任何调整时,直接燃烧生物柴油对柴油机动力性的影响小于5％;无论在全负荷还是在部分负荷工况下,燃用生物柴油均能大幅度降低柴油机的排气可见污染物、PT、CO和HC排放,但会引起NOx排放量的上升,通过适当推迟喷油提前角能明显降低燃用生物柴油时发动机的COx排放,同时还能保留排气可见污染物低、PT、CO和HC排放低的优点,但对发动机动力性的影响却不大,研究表明生物柴油是理想的可再生清洁燃料。     

国外车用液体代用燃料的新进展

主要介绍了国外主要车用液体代用燃料的应用情况及最新进展，着重介绍了天然气、液化石油气、生物燃料及烃基替代燃料的应用情况。     

双燃料燃气轮机燃料快速切换技术分析与试验研究

通过分析国外机组资料和实际燃料切换运行曲线,逆推双燃料切换控制策略,并利用现有燃烧试验台,在保证燃烧室出口温度稳定波动的前提下,对规定时间内完成燃料快速切换的燃烧室内火焰稳定性加以验证。试验结果表明:某型机组试验可依据理论切换时间30 s换算燃机最大负荷时燃料的变化量,保证机组在60 s内完成燃料的快速切换,在此切换过程中,燃烧室内火焰稳定,动态压力最大值为4.55 k Pa。由于燃烧试验台条件与整机试验环境存在较大的差异性,试验过程得出燃料变化量仅可作为参考,主要用于减少整机试验次数并规避试验风险,最终值仍应以整机试验结果为准。     

氢燃料在汽车上的应用探讨

分析汽油－氢发动机、燃氢发动机及氢燃料电池的特点，并结合目前世界各国对氢燃料在汽车上的应用的研究状况，对氢燃料在汽车上的应用进行了展望。     

Life cycle simulation-based economic and risk assessment of biomass-based fuel ethanol (BFE) projects in different feedstock planting areas

Increasing attention is being paid to biomass-based fuel ethanol (BFE) for its contributions to moderating oil crisis, reducing environmental impact, and promoting local economy. This paper aims to assess and compare the economic viabilities and investment risks of three BFE projects in different feedstock planting areas in China. Internal cost models of wheat-based fuel ethanol (WFE) in Central China, corn-based fuel ethanol (CFE) in Northeast China, and cassava-based fuel ethanol (KFE) in Southwest China are developed. The projects’ net cash flow (NCF) and net present values (NPV) are pursued by internal cost model simulation with the Monte Carlo method. According to the simulation results, KFE project is economically viable for its positive expected NPV and its expected internal rate of return (IRR) (12%), while CFE and WFE are not economically viable for their negative expected NPVs. Sensitivity analysis is performed to find out the key determinants of the projects’ expected NPVs and to evaluate their future economic viabilities. The analysis results indicate that CFE has better potential to become economically viable comparing to WFE project. Possible measures to improve the expected NPV of CFE are then proposed.     

安庆—大发6DL—20柴油机的开发

概述６ＤＬ－２０柴油机的设计目标，设计上的主要改进措施。通过这些改进降低了燃油经，并且能够燃烧高粘度重油，改善了低负荷性能，提高了主要零件的使用寿命。同时介绍了首台安庆－大发６ＤＬ－２０柴油机的试验结果。