喷射参数对二甲醚PPCCI发动机燃烧与排放特性的影响

在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。     

不同点火时刻下天然气掺氢缸内直喷发动机燃烧与排放特性

在缸内直喷火花点火发动机上开展了天然气掺混0％-18％氢气的混合燃料不同点火时刻下的试验研究。结果表明：对于给定的喷射时刻和喷射持续期，点火时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响，喷射结束时刻与点火时刻的间隔对直喷天然气发动机极为重要，喷射结束时刻与点火时刻的间隔缩短时，混合气分层程度高，燃烧速率快，热效率高。最大放热率等燃烧特征参数随点火时刻的提前而增加。HC排放随点火时刻的提前而下降，CO2和NOx排放随点火时刻的提前而增加，NOx排放的增加在大点火提前角下更明显。掺氢可降低HC排放，对CO和CO2排放影响不大。掺氢量大于10％时可提高天然气发动机热效率。     

掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇发动机燃烧和排放的影响

在一台电控共轨发动机上,试验研究了乙醇掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇混合燃料燃烧及排放的影响。结果表明:随乙醇比例的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,最大压力升高率上升。随喷射推迟,滞燃期延长,燃烧相位延后,燃烧持续期在纯二甲醚时延长,而在掺混乙醇时则先延长后缩短,最大压力升高率先下降后上升。掺混乙醇和推迟喷射使预混燃烧比例增加。随喷射推迟,混合燃料的排气温度升高,喷射推迟到上止点后,排气温度随乙醇比例的增加而升高,排气温度高,则废气能量高,增压器增压比大,进气流量大,导致缸内压缩压力升高。在上止点前喷射时,掺混乙醇能使HC和CO排放保持在较低范围的同时,一定程度降低NO_x排放,掺混15%的乙醇较纯二甲醚最大降低约11%NO_x排放。随推迟喷射,NO_x排放降低,最大降幅达52%,在过分推迟燃料喷射时,因热效率低,循环喷射量增加,含15%乙醇混合燃料的NO_x排放会高于纯二甲醚。HC和CO排放随喷射推迟而升高,且升高幅度增大。     

直喷式发动机燃用天然气掺氢混合燃料放热规律与燃烧特征参数分析

研究了直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的放热规律与燃烧特征参数,研究结果表明:随着混合燃料中氢气体积分数的增加,中、低负荷发动机有效热效率增加,大负荷下有效热效率高且基本上不随氢气体积分数变化;随着氢气体积分数的增加,混合燃料放热率曲线相位提前,快速燃烧期缩短,放热率增加,此现象在低转速工况下更为明显,表明气流速度较低时掺氢对提高混合燃料燃烧速率作用明显;缸内最高燃气平均温度、最大压力升高率和最大放热速率随氢气体积分数增加而增加.     

DN双燃料发动机掺H2燃烧的化学动力学分析

分别采用CFD耦合柴油/天然气/氢气(DNH)三燃料化学动力学机理以及CHEMKIN化学动力学分析的手段,对柴油/天然气(DN)双燃料发动机掺H_2的燃烧特性、重要组分及排放物生成过程进行数值模拟.研究表明:在保持引燃柴油量不变的条件下,将缸内燃料热值5%的天然气(NG)替换为H_2,燃烧过程中关键自由基OH的浓度峰值会增加了88%;而OH的强氧化性促使CH_4的氧化速率增加,HC排放下降为91.8%,CH_2O和CO的生成速率及峰值浓度增加,CH_2O排放减少为97.5%,CO排放降低为23%,碳烟排放下降为19.3%,由于缸内燃烧温度增加,导致NO_x排放增加为51%;掺H_2之后,缸内压力升高率增加,燃烧持续期缩短,累积放热量及瞬时放热率峰值增加,缸内温度峰值增加,温度峰值相位提前.     

甲醇-柴油混合燃料对发动机燃烧及排放特性的影响

在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了小比例甲醇-柴油混合燃料发动机的燃烧及排放特性试验研究。结果表明:在相同的平均有效压力和转速下,随着甲醇含量的增加,燃料着火延迟相应增大,使得燃烧过程向上止点后移动。混合燃料的滞燃期比柴油长,预混燃烧放热率峰值增大,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和压力升高率增加。与纯柴油相比,甲醇-柴油混合燃料HC排放有所升高,但NOx和碳烟排放降低。大负荷时,CO排放显著下降。     

柴油机TR燃烧系统实现低温预混合燃烧的研究

为了验证TR燃烧系统降低发动机排放、实现低温预混合燃烧的能力,在一台经过改造的单缸135柴油机上进行了降低压缩比、燃用柴油-乙醇混合燃料和推迟供油的试验研究.结果表明,压缩比ε降低后,着火推迟,最大放热率增加,缸内最高压力和最高温度降低,NOx排放也降低.但是中高负荷时燃烧速率降低,有效油耗率增加.当燃用乙醇体积含量20%的乙醇-柴油混合燃料时,与燃用柴油燃料相比,着火延迟期延长,烟度大幅度降低.小负荷时缸内最高压力、最高温度、最大放热率和燃烧速率都降低,NOx降低较多;中高负荷时最大放热率高于后者,燃烧速率提高,NOx降低得较少.当供油定时从15°CA BT-DC推迟到13°CA BTDC后,烟度基本不变.     

柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放特性研究

比较了柴油和丙烷的主要理化性能;在一台单缸直喷式柴油机上开展了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时的发动机燃烧和排放特性研究.研究结果表明：在相同工况下,与燃用柴油相比,燃用柴油/丙烷混合燃料时的有效热效率增加,柴油/丙烷混合燃料的有效热效率随丙烷比例的增加而稍有增加,混合燃料的滞燃期和燃烧持续期随丙烷比例的增加而缩短;缸内最大压力,最大燃烧放热率,最高平均燃烧温度随丙烷比例的增加而增加.燃用丙烷柴油混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放有所增加.     

利用快速压缩装置进行直喷天然气发动机燃烧特性的研究

利用快速压缩装置开展了直喷天然气发动机燃烧特性的研究,分析了3种不同喷射方式下的燃烧特性并与均相混合气燃烧进行了对比。研究结果:上喷天然气燃烧比均相混合气燃烧的最大压力高,在宽广的当量比范围内具有短的火娄发展期和快速燃烧,克燃烧放热率和压力升高率基本上与喷射方式无关。喷射方式与均相混合气相比,燃烧放热率,压力升高率大。缩短喷油和点火间的时间间隔将缩短火焰发展期和快速燃烧期,其时间间隔的优化对直喷天然气发动机极为重要。直喷天然气发动机的燃烧方式为预混控制充量分层燃烧,此燃烧方式燃烧速率,排放低。     

EGR对生物柴油/异丁醇混合燃料燃烧与排放的影响

在一台四缸四冲程水冷高压共轨柴油机上研究了生物柴油/异丁醇混合燃料在不同EGR率下的燃烧及排放特性.试验结果表明:随EGR率的升高,缸内压力和放热率峰值降低,燃料滞燃期延长,燃烧持续期先缩短后延长,NO排放与核模态颗粒物数密度降低;当EGR率小于6%时,CO和HC污染物的排放都保持在较低水平.相较于生物柴油,燃用混合燃料降低CO污染物的排放;随异丁醇掺混比例的增加,缸内压力与放热率峰值逐渐升高,CO排放降低,但HC与NO的排放逐渐升高,核模态颗粒物数密度升高,积聚态颗粒物数密度和颗粒物质量浓度有不同程度的下降.     

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。     

Combustion and emission characteristics of a spray guided direct-injection spark-ignition engine fueled with natural gas-hydrogen blends

Combustion and emission characteristics of a spray guided direct-injection spark-ignition engine fueled with natural gas-hydrogen blends were investigated. Results show that the brake thermal efficiency increases with the increase of hydrogen fraction and it shows an increasing and then decreasing trend with advancing fuel-injection timing. For later injection timings, the beginning of heat release is advanced with increasing hydrogen fraction, while the beginning of heat release is advanced and then retarded with the increase of hydrogen fraction at earlier injection timings. The flame development duration, rapid combustion duration and total combustion duration decrease with increasing hydrogen fraction. Maximum cylinder gas pressure, maximum mean gas temperature, maximum rate of pressure rise and maximum heat release rate show an increasing and then decreasing trend with the increase of hydrogen fraction. Brake NOx emission is increased and then decreased, while brake HC, CO and CO₂ emissions decrease with the increase of hydrogen fraction.     

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%。     

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)--对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法，以碳酸二甲脂(DMC)为例，研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性，以及主要工况下的示功图，并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现：在柴油中加入一定比例的DMC后，由于物性参数的变化和喷雾特性的改善，混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放——热效率得到明显的提高，尤其在低转速下改善显著；烟度和氮氧化物排放同时降低，外特性线上的一氧化碳降低，碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现：DMC柴油混合燃料的着火延迟延长，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短。     

柴油机燃用柴油/二甲氧基甲烷混合燃料的燃烧特性研究

开展了柴油机燃用柴油／二甲氧基甲烷混合燃料的燃烧特性研究,为含氧燃料的使用和研究提供理论与试验依据。研究结果表明,在相同平均有效压力(pRMEP)和转速下,随着燃料中二甲氧基甲烷掺混比例(含氧量)的增加,放热率峰值增加,放热率曲线型心向上止点偏移,预混燃烧比例增加而扩散燃烧比例减小,燃烧过程等容度提高,发动机当量柴油的有效燃油消耗率降低,缸内气体最高平均温度无明显升高。柴油中添加DMM对主燃烧时间影响不大,但总燃烧时间变短。     

Effect of injection parameters on the combustion and emission characteristics in a common-rail direct injection diesel engine fueled with waste cooking oil biodiesel

The objective of this paper was to study the effects of the injection pressure and injection timing on the combustion and emission characteristics in a single-cylinder common-rail direct injection (CRDI) diesel engine fueled with waste cooking oil (WCO) biodiesel and commercial diesel fuel. The fuel property including fatty acid composition for the biodiesel were measured and compared with those of the conventional diesel fuel. The engine tests were conducted at two injection pressures (80 and 160 MPa) and different injection timings from −25 to 0 crank angle degree (CAD) after top dead center (aTDC) under two different engine loads. The results showed that the indicated specific fuel consumption (ISFC) with respect to the injection timings of the biodiesel was higher than that of the diesel fuel under all experimental conditions. The peak cylinder pressure and the peak heat release rate of the biodiesel were slightly lower, while the ignition delay was slightly longer under all operating conditions. In terms of emissions, the biodiesel had benefits in reduction of smoke, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) emissions especially with high fuel injection pressure. The nitrogen oxide (NO_x) emissions of the biodiesel were relatively higher than those of the diesel under all experimental conditions.     

F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

在两种不同供油提前角下研究了燃用F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放特性的影响,结果表明:发动机不做任何调整时,与0号柴油相比,燃用F-T柴油的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力和最大压力升高率较低,燃油消耗率和热效率都得到了改善,HC、CO、NOx和碳烟排放同时降低。当供油提前角推迟3℃A时,燃用F-T柴油燃烧持续期明显缩短,预混燃烧放热峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率进一步降低,扩散燃烧放热峰值略有升高,燃油消耗率变化不大,NOx排放进一步降低, HC、CO和碳烟略有增加,其中HC排放与原柴油机相当,而CO和碳烟仍远低于原柴油机。     

生物制气-柴油双燃料发动机放热规律试验研究

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,用作为以柴油引燃的双燃料发动机的主要燃料。测量生物制气-柴油双燃料发动机气缸压力,计算分析放热规律。双燃料发动机与燃用纯柴油时的发动机相比,燃烧始点延迟,最大燃烧压力降低,最大放热率和排气温度增加,后燃较严重。负荷增大时,双燃料发动机燃烧始点提前,最大燃烧放热率增高,最高燃烧温度升高,后燃较严重。供油提前角提前时,后燃减小,燃烧过程明显改善。     

可变喷油速率的超高压共轨系统喷射控制研究

通过AMESim软件建立了喷油速率可调的超高压共轨系统仿真模型,分析了相同喷油量条件下喷油率的变化特点。采用GT-Power软件建立单缸柴油机模型,将不同喷油率导入柴油机的燃烧计算模型,研究了不同喷油率对柴油机缸内压力、缸内温度、放热率、NO_x排放、碳烟排放及输出转矩和油耗率的影响。仿真结果表明:靴形喷油速率匹配合适的喷油提前角可优化柴油机的综合性能。搭建了超高压共轨柴油机台架,开展了不同喷油速率的喷射控制试验,结果表明:与相同油量条件下的高压共轨喷射相比,柴油机实施变喷油速率超高压喷射可获得更优异的动力性和燃油经济性,动力输出提高了5%,燃油消耗量下降了6%,碳烟排放降低,但NO_x排放升高。