甲醇直喷及高压缩比对点燃式发动机性能的影响

将一台增压直喷米勒循环汽油机改制成高压缩比(13.8)甲醇直喷(MDI)点燃式发动机,在转速为2 750 r/min下研究了甲醇直喷和高压缩比对发动机燃烧、排放及有效热效率(BTE)的影响．结果表明：相同边界条件下,甲醇直喷在中大负荷(平均有效压力(BMEP)≥0.8 MPa)能够提高燃烧速度、缩短燃烧持续期,甲醇直喷由于低压缩温度和高燃料辛烷值,高压缩比下各负荷燃烧均不受爆震限制;甲醇直喷在各负荷下均有利于降低NOx、CO及HC,相同边界条件下甲醇直喷在不同负荷的未燃损失均降低1%以上;甲醇直喷结合高压缩比的最高有效热效率工况点BMEP从原机的1.1 MPa提升到1.5 MPa,当量比燃烧有效热效率从37.4%提升到42.6%,有效热效率提升主要是因为排气损失、传热损失及未燃损失均降低,而进一步提升有效热效率主要受发动机爆发压力极限限制．     

点燃式甲醇燃料发动机的燃烧特性

本文研究了点燃式甲醇燃料发动机的燃烧特性。研究发现，在可用混合气浓度范围内，甲醇发动机的热效率比对应的汽油机高７－１３％。其主要原因是甲醇发动机的滞燃期和主燃期短，燃烧速率高，最高燃烧压力循环变动小、尤其在稀混合气下上述特征更为突出。因此，充分利甲醇发动机的稀燃特性，能获得良好的性能。     

氢气缸内直喷发动机燃烧优化及热效率提升研究北大核心CSCD

基于一台1.5 L氢气缸内直喷发动机,通过试验研究了氢气燃料的燃烧特性,分析了深度增压和喷氢时刻对燃烧及热效率的影响。研究表明:稀燃模式下,随着过量空气系数增加,缸内最高燃烧压力越来越高且对应曲轴转角提前,放热率峰值逐渐下降同时放热始点提前,放热时长变长,缸内燃烧温度和压升率下降。深度增压后,有效热效率可提升3%。靠近上止点喷射时,缸内喷射背压增加,喷射流量减小,提前喷射容易出现早燃,优化喷射策略后的有效热效率达43.5%。     

甲醇裂解燃料点燃式发动机的研究

甲醇经裂解后生成氢气和一氧化碳,甲醇裂解燃料发动机燃用的是甲醇经部分裂解后的富氢混合气,可实现稀薄快速燃烧、增大压缩比,使发动机的热效率得以大幅度提高。试验结果表明,其最高有效热效率达38%,较原汽油机提高30%以上。由于采用了液体甲醇加浓技术,使得其升功率和扭矩达到了原汽油机水平,且排放也大大低于原机。     

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。     

可变涡流对稀燃二次喷油火花点燃式发动机性能影响的研究

主要研究了火花点燃式发动机采用二次喷油技术实现稀薄燃烧时，可变涡流对燃油经济性的影响情况。研究结果表明，在负荷和涡流比较大时，采用较小的二次喷油比例可获得较好的燃油经济性。而在缸内不存在涡流运动时，则须采用较大的二次喷油比例才能获得较好的燃油经济性。在缸内气体存在一定强度的涡流运动时，发动机的比油耗随二次喷油正时的变化呈波动状变化；当涡流比为0时，喷油正时对发动机油耗率的影响则与有涡流运动存在时的情况明显不同。这说明涡流运动对二次喷油在缸内的分布存在明显的影响。     

缸内双直喷系统压燃式发动机燃用甲醇和乙醇的性能比较

在双喷射系统的压燃式发动机中，用一个喷射器喷射乙醇或甲醇作为主要燃料，另一个喷射器喷射作为引燃着火源的柴油，开展了负荷特性下的性能和排放试验。试验结果表明，在相同功率下，燃用乙醇的发动机比燃用甲醇的发动机燃油经济性要好，但其NOx烟度、THC和CO的排放较高。     

高效稀燃发动机预燃室试验研究北大核心CSCD

为了研究预燃室点火技术的稀燃点火能力及预燃室点火技术对发动机性能的影响,用热力学单缸机试验的方法对比研究了不同点火方式的点火能力,并研究了预燃室点火条件下,进排气相位、滚流气道、预燃室设计对发动机性能的影响。研究结果表明:与传统的火花塞点火线圈点火方式相比,主动预燃室点火能量大,能稳定点燃λ>2.4的均质稀燃混合气,有效拓展稀燃极限;在预燃室点火条件下,通过优化进排气相位和滚流气道,结合合理的预燃室设计参数及发动机工况点的优化能提升热效率,试验测试已实现52.5%的指示热效率。     

点燃式发动机上应用甲醇燃料的试验研究

本文介绍了在四冲程和二冲程汽车用点燃式发动机上,应用甲醇燃料(M 100)的情况。试验结果表明,内燃机使用甲醇燃料有利于综合利用资源,而且很容易改装成甲醇发动机。     

EGR和稀燃对GDI发动机性能和排放特性的影响

稀燃和废气再循环(EGR)技术由于可以改善汽油直喷(GDI)发动机的燃油经济性而成为内燃机重要发展方向之一.通过GDI发动机台架试验,研究了EGR稀释、过量空气稀释(稀燃)和两种技术复合作用对发动机性能和排放的影响.结果表明:稀释率相当的条件下,化学计量比混合气下的EGR对燃烧持续期(CA0-10、CA10-50)和循环变动率(COV)的影响比过量空气稀释更显著,过量空气稀释时发动机的热效率明显高于EGR稀释时的热效率,过量空气稀释率为21.9%时,热效率升高6.3%.EGR稀释时,部分新鲜充量被非反应气体代替,导致氧体积分数明显降低.EGR与过量空气复合稀释时,热效率与过量空气稀释条件下的热效率接近,NO_x排放大幅降低,颗粒物数量(PN)排放与过量空气稀释单独作用时相当,颗粒物表面积浓度排放较低,颗粒物粒径小于EGR稀释和过量空气单独稀释时的粒径.     

裂解甲醇燃料点燃式发动机工作过程试验研究

本文作者在一台改进过的BJ492Q发动机上进行燃用甲醇裂解燃料与甲醇蒸汽燃料对比试验研究。甲醇裂解燃料与甲醇蒸汽燃料分别来自机载裂解反应器和蒸发器。试验结果表明燃用甲醇裂解燃料比燃用甲醇蒸汽燃料发动机热效率较高、排放较低。由发动机工作过程热力学循环分析结果表明,发动机燃用裂解燃料时性能较好的主要原因是实现了快速燃烧与稀薄燃烧。     

点燃式发动机掺烧甲醇裂解气的研究

摘要甲醇裂解气(D.M)是甲醇在一定温度下发生裂解反应的产物(2H_2+CO),而发动机排气余热提供甲醇蒸发和裂解所需热量.当发动机使用汽油和富氢的甲醇裂解气时,能在较稀混合气下运行;为了获得更稀的混合气,对发动机进行了补气实验.结果表明,燃用混合燃料时热效率有较大的改善,燃烧稳定性加强.通过对示功图和放热规律的分析,明确了发动机经济性提高的原因.     

点燃式天然气发动机性能燃烧模型的研究

提出一种利用热力学－化学反应建立点式天然气发动机燃烧过程数学模型，此模型采用准维模型，计算和试验表明此模型能较好的预测天然气发动机的性能。     

稀燃条件下甲醇汽油发动机燃烧和排放特性的试验研究

在一台汽油缸内直喷(GDI)增压发动机上,研究了稀燃条件下燃用不同甲醇汽油混合燃料的燃烧特性和排放特性。试验结果表明:稀燃条件下,随混合气浓度逐渐变稀,当量燃油消耗率呈现出先降低后升高的趋势,并且随着甲醇比例的增加,当量燃油消耗率增加,但均低于原机。在混合气逐渐变稀的过程中,燃烧时缸压峰值和燃烧温度总的变化趋势是逐渐降低,而燃烧持续期和循环变动率逐渐升高。稀燃条件下,CO排放量逐渐降低,碳氢化合物排放呈先降低后增加的趋势。NO_x排放量总的变化趋势是先增大后逐渐降低,随着甲醇体积分数的增加,NO_x的排放量逐渐降低,且3种甲醇、汽油混合燃料的NO_x和CO排放量都低于汽油燃料。     

稀燃点燃式天然气发动机的燃烧特性

通过对一台6102型稀燃点燃式天然气发动机在不同混合气浓度和不同点火提前角下的燃烧特性进行试验,深入分析了点火提前角和混合气浓度对天然气发动机燃烧特性的影响.结果表明,当进气压力和转速一定时,随着混合气变稀,NO_x排放降低,但输出转矩有减小趋势,耗气率升高且燃烧稳定性变差;适当增大点火提前角,可以使输出转矩增大,耗气率降低,提高燃烧稳定性,但NO_x排放会有所增加.因而需综合考虑动力性、经济性和排放来选择最佳的混合气浓度和点火提前角.找出了在满足动力性、经济性和排放的特定工况点的适宜浓度和点火提前角范围,为进一步标定全工况下的MAP图也提供了参考依据.     

缸内直喷灵活燃料发动机性能和燃烧特性的研究

根据所测的示功图和排放结果,分析了一台采用火花点火、缸内直喷周向分层燃烧系统,能够灵活燃用甲醇、乙醇和汽油的发动机的性能和燃烧特性.研究表明,由于采用分层燃烧,灵活燃料发动机具有与直喷柴油机相当的热效率,在负荷特性上,燃用醇类燃料和汽油时的NOx排放分别仅为柴油机的10%～40%和21%～78%,CO排放低于1%,HC排放略高于柴油机,燃用醇类燃料时能实现无烟燃烧,燃用汽油时仅在高负荷时存在少许碳烟.灵活燃料发动机的燃烧由预混燃烧与扩散燃烧组成,具有非常快的燃烧速率,上止点后3～5°CA就燃烧完50%燃料,燃烧持续期在28～37°CA范围内,甲醇的燃烧速率最快,汽油的燃烧速率在低负荷时比乙醇稍快,在高负荷时比乙醇慢.     

火花点燃式甲醇汽油发动机冷起动过程燃烧特性研究

随着欧Ⅲ及以上排放法规的实施,对发动机冷起动过程排放的控制显得越来越重要。在一台3缸进气道喷射汽油机上开展了甲醇-汽油对冷机起动及其后怠速暖机过程燃烧和排放特性影响的研究。缸内压力数据分析表明在汽油中加入甲醇,可以明显改善冷起动过程缸内燃烧。随着添加比例的增加,发动机起动后的50个循环火焰发展角和快速燃烧角都明显缩短,平均指示压力升高。研究中设计了一种新颖的准瞬态排放采样系统,测量了冷起动和暖机过程的HC和CO排放。环境温度5℃下测量结果表明,HC和CO排放随着甲醇添加比例增加明显降低,发动机燃用M30时,HC降低了40％,CO降低了70％,排气温度在起动200s时也比原汽油机升高了140℃。     

甲醇/柴油双燃料发动机的性能

在一台柴油机基础上，采用气道口电控喷射甲醇，缸内柴油引燃甲醇的方式，开发了电控甲醇／柴油双燃料样机，并通过发动机台架实验，研究了柴油／甲醇双燃料燃烧模式在燃烧特性、燃油经济性及排放性能方面的特点．与原发动机相比，双燃料模式的最高爆发压力下降，压力升高率上升，排烟和NOx大幅度下降，但THC和CO排放均升高．该方法能使甲醇喷射量得到精确控制以便燃烧达到最佳状态，是甲醇／柴油双燃料发动机可行的技术方案．