变配气正时对HCCI燃烧的影响研究

试验研究了变进排气正时对缸内早喷柴油均质充量压燃燃烧(HCCI)的影响。柴油在排气上止点附近喷入缸内,研究改变进排气门负重叠期对HCCI燃烧放热率、排放及综合性能的影响。试验研究结果表明,增大气门负重叠期,有利于早喷燃油的快速蒸发和均质混合气的形成,有利于减少柴油湿壁,但是容易使燃烧相位提前,易于产生爆振。增加气门负重叠期,HCCI燃烧的运行范围向低工况扩展,但是中高负荷受到限制。在HCCI燃烧可运行范围内,有害排放产物和指示油耗均下降。     

预混合率对正庚烷/柴油双燃料复合 HCCI燃烧的影响

在一台单缸柴油机上试验研究了预混合率对正庚烷/柴油复合HCCI(Homogeneous Charge CompressionIgnition)燃烧的影响.结果表明:复合HCCI燃烧呈现三阶段放热模式,并且随着预混合率的增大,复合HCCI燃烧第二阶段高温反应着火提前,燃烧持续期缩短,第三阶段扩散燃烧滞燃期缩短,同时缸内最高压力和温度均升高.复合HCCI的Nox排放与纯柴油直喷相比有显著降低,且随预混合率的增大先降低后升高;碳烟排放在预混合率较小时与原机基本持平.同时复合HCCI的CO排放随预混合率增大先增后减,而HC则与预混合率成一定的正比关系.此外,复合HCCI燃烧能够明显改善原机中低负荷下的热效率.     

可变气门正时标定在气门正时设计中的作用

以一款2. 0 L增压直喷双可变气门正时(VVT)汽油机为研究对象,在一定的工况区域进行发动机台架试验,标定VVT。试验结果表明,41%工况的进气VVT处于极限开启位置,将进气开启定时再提前,可以进一步降低燃油耗。为此,对进气气门正时进行错齿改造并试验,验证新增的进气VVT角度可以使发动机获得更好的经济性表现。试验结果表明,错齿改造使发动机燃油耗降低,说明VVT的标定结果可以对气门正时设计提出改进意见。     

燃料特性对HCCI发动机燃烧和工况范围影响

在一台改装的4缸直喷柴油机上进行燃料特性对均质压燃(HCCI)燃烧和工况范围影响的试验研究.试验选用6种不同燃料:基础燃料(PRF)、汽油以及基础燃料与乙醇混合物.控制6种发动机运转条件:不同进气温度(tin)、进气压力(pin)和转速.结果表明:在某些运转条件下,汽油着火时刻最早,而在另一些运转条件下,PRF着火时刻最早,这就表明燃料特性对HCCI燃烧过程的影响依赖于发动机运转条件.选用敏感性燃料协同合理的运转条件控制,对于运行工况范围的拓展具有更大潜在优势.CAS0(放热完成50%所对应的曲轴转角)与辛烷值指数(OI)具有很好的相关性,OI越高,着火越晚.然而,使用基础燃料与乙醇的混合物时,OI与着火时刻不具有相关性.     

进气温度对正庚烷HCCI燃烧特性影响研究

在一台燃烧边界条件可控的快速压缩机上对均质压燃燃烧方式(HCCI)下进气温度对燃烧特性的影响进行了研究.以正庚烷燃料为研究对象,在不同的进气温度条件下,通过对燃烧始点、燃烧持续期、燃烧放热率等参数的分析,得出了进气温度对HCCI燃烧特性的影响规律.试验结果表明:随着进气温度的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,最高燃烧温度升高,放热率最大值增加.     

DME/柴油混合燃料HCCI燃烧与排放特性的试验研究

在单缸柴油机上采用轴针式喷嘴进气道燃油喷射方式,开展了二甲醚(DME)/柴油混合燃料预混均质压燃(HCCI)燃烧及其排放特性的试验研究,探讨了喷油嘴启喷压力、进气温度以及进气掺混不同比例CO2对混合气制备率和发动机性能的影响.结果表明:低沸点液相DME在进气道喷射过程中所具有的闪急沸腾效应,可有效强化柴油/DME混合燃料的雾化与蒸发,减少燃油撞击壁面而出现的进气歧管壁湿现象,从而改善柴油HCCI发动机均质混合气的形成与燃烧,拓宽发动机的运行工况范围.进气掺混0~30%的CO2能使HCCI发动机的正常工作范围从0.32MPa提高到0.5MPa,实现高负荷工况下同时降低NOx和碳烟的排放,但CO和未燃HC排放有所增加.     

乙醇燃料HCCI发动机燃烧特性研究

应用调整进排气门相位控制缸内残余废气率策略,在Ricardo Hydra四冲程进气道喷射单缸试验机上实现了无水乙醇燃料的均质压燃,获得了运行工况范围,并分析研究了空燃比、转速和气门相位对乙醇燃料均质压燃的燃烧特性。结果表明:乙醇燃料的均质压燃的可运行范围仍然受到爆震、换气过程及失火的限制,但在高速及稀燃区域得到拓展;其着火时刻及燃烧持续期依赖于气门定时、空燃比及转速。     

预混合比例实时优化控制正庚烷复合HCCI燃烧

在一台单缸柴油机上试验研究了预混合比例对正庚烷复合HCCI燃烧的影响,并在各个负荷下实现预混合比例的优化控制.结果表明:复合HCCI燃烧呈现三阶段放热模式,并且随着预混合比例的增大,复合HCCI燃烧第2阶段高温反应着火提前,燃烧持续期缩短,第3阶段扩散燃烧滞燃期缩短,同时缸内最高压力和最大压力升高率均升高.复合HCCI的NOx排放与直喷相比显著降低,且随预混合比例的增大先降低后升高.同时,复合HCCI的CO排放随预混合比例增大先增大后减小,而HC则随预混合比例增大而增大.通过预混合比例优化控制,复合HC-CI燃烧能够显著拓展负荷范围,并且保持较高的热效率.     

排气正时与增压对柴油HCCI燃烧影响的试验研究

ETCI(Exhaust Top dead center Injection Compression Ignition)燃烧利用负气门重叠产生的高温残余废气对高压喷入的燃油进行加热促进蒸发,实现了HCCI燃烧.基于ETCI的燃烧模式,研究了排气正时以及增压压力等参数对燃烧过程的影响.试验结果表明,排气正时对燃烧特性有较大的影响,利用排气正时控制残余废气率和IVC时刻缸内平均温度可间接实现燃烧相位的控制;在自然排气状态下,进气压力的升高增大了过量空气系数、可小幅度降低IVC时刻缸内残余废气与新鲜空气的混合气的平均温度,在一定范围内实现燃烧相位的控制.通过不同排气正时下合理的增压压力配合可实现燃烧相位的有效控制并降低排放.     

进气上止点燃油喷射实现柴油HCCI燃烧的试验研究

提出了采用在进气上止点附近进行燃油喷射,通过内部EGR促进燃油蒸发混合的方法,实现柴油燃料的均质压燃(HCCI),并通过副喷嘴喷射引燃柴油解决HCCI发动机的冷启动困难问题．试验表明该方法有利于在缸内形成均质混合气,在常温进气的情况下就可得到较好的HCCI燃烧效果．同时,还对影响HCCI燃烧的发动机负荷和进气温度进行了研究,认为由这些因素引起的缸内温度变化是影响HCCI燃烧的主要原因。     

乙醇燃料均质压燃的试验研究

利用多功能燃烧弹对乙醇进行均质压燃性能的研究,具有边界条件可控的独特优点．在多功能燃烧模拟系统(多功能燃烧弹)中进行了不同混合气温度对燃烧过程及不同空燃比对燃烧过程影响规律的试验研究．混合气温度的升高将促使燃烧最高压力、最大压力升高率和放热率增加,而且其峰值提前;随空燃比的加大,燃烧压力、压力升高率和燃烧放热率下降,且出现峰值的时刻推迟．     

过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响

在一台Ricardo Hydra单缸四气门汽油机上,利用气门重叠负角方法实现了均质充量压缩着火(HCCI)燃烧,并通过试验研究了过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响.研究结果表明,在相同的转速和气门相位角下,随着过量空气系数的增加,平均指示压力减小,缸内残余废气率也减小,但燃油消耗率的变化趋势与转速有关.在大多数工况下,过量空气系数为1.05时,HCCI发动机的着火时刻最早,燃烧持续期最短.过量空气系数对循环波动的影响与转速和气门相位角有关.随着转速的增加,循环波动增大.     

辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性和性能的影响

通过不同比例的正庚烷和异辛烷混合得到不同辛烷值的混合燃料，在一台单缸直喷式柴油机上研究燃料辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性、性能和排放特性的影响．研究结果表明，燃料辛烷值增加，着火始点推迟，燃烧反应速率降低，缸内爆发压力降低．燃料辛烷值增高，均质压燃向大负荷工况拓宽，燃料辛烷值较高时，存在极限转速，辛烷值增加，极限转速降低．对于每一工况，存在一个最佳经济性的燃料辛烷值，负荷增大，最佳辛烷值增高；随着燃料辛烷值增高，发动机NO、HC和CO排放增加，尤其是HC排放增加更为明显．对于均质压燃发动机，低负荷工况适合燃用低辛烷值燃料，高负荷工况适合燃用高辛烷值燃料。     

二甲醚均质压燃燃烧过程的试验研究

在一台单缸直喷柴油机上进行了二甲醚(DME)均质压燃(HCCl)燃烧过程的试验．研究结果表明，进气中加入30％的惰性气体CO2,发动机实现HCCl运转的负荷范围从0．05MPa扩展到0．35MPa．二甲醚在HCCl模式下表现出明显的双阶段着火特性，增加惰性气体的浓度，第一阶段着火始点滞后，燃烧放热峰值降低，燃烧持续期延长．排放测试表明，HCCl模式下发动机的NOx排放接近于零，可实现无碳烟排放，但CO和HC排放较高．     

醇类燃料HCCI发动机燃烧特性的实验研究

在Ricardo Hydra单缸四冲程发动机上利用内部废气再循环策略实现了4种醇类燃料(纯甲醇燃料、纯乙醇燃料、体积分数为50％的甲醇与汽油混合燃料和体积分数为50％的乙醇与汽油混合燃料)的HCCI燃烧．通过调整HCCI发动机的空燃比、转速和气门相位角,研究了醇类燃料HCCI发动机的燃烧特性．结果表明,醇类燃料的 HCCI燃烧不同于普通汽油,燃烧可以在较稀的混合气浓度范围区域内实现,使发动机的运行范围向小负荷和高转速方向拓展,其中纯乙醇可以向高低负荷两个方向拓展运行范围．醇类的着火时刻受化学反应特性和加热的共同影响,其中甲醇燃料的着火在所比较的范围内都是最早的,而且甲醇燃料的着火持续期短于乙醇燃料．除了纯甲醇以外,其他醇类燃料的平均指示压力都高于汽油．     

基于缸内分段直喷和负气门重叠角汽油机的HCCI燃烧

利用发动机热力循环软件BOC9ST耦合嵌入详细化学反应动力学机理的CHEMKIN代码建立了GDI-HCCI 发动机燃烧数值模型,对缸内直喷汽油机采用分段燃油喷射配合负气门重叠角控制缸内混合气化学组分、混合气浓度及温度历程的策略进行了实验验证及模拟分析．结果显示,加大负气门重叠角以及在此期间喷油可以产生燃油改质效果,缸内温度升高,使HCCI着火更容易控制．由此在保证NOx排放极低的同时循环波动明显减小,负荷稀限拓宽,燃油经济性改善．     

压缩比、CO2和LPG对二甲醚燃料均质压燃燃烧的影响

在一台2-135柴油机上实现了纯DME的均质压燃(HCCI)燃烧方式.实验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机Nox排放,使其接近于零排放.在实验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷增大而减少.对DME的HCCI燃烧机理进行研究表明,由于纯DME十六烷值高导致的着火比较早(上止点前28°CA左右),使得发动机只能在中低负荷较小范围内运行.为了扩展发动机工况,控制HCCI着火,进一步通过调节实验发动机压缩比,以及在优化的压缩比下,在进气道加入气体CO2或者在DME中加入LPG降低燃料十六烷值的方法来改进和控制HCCI的燃烧.实验表明以上方法可以有效控制HCCI燃烧,拓宽HCCI发动机运转范围.     

进气前回流对HCCI汽油机着火时刻的影响

为了实现对着火时刻的调控,在负气门重叠角(NVO)策略下,通过进气门早开,形成不同程度的进气前回流,来调控着火时刻.三维仿真结果表明,进气门开启提前,前回流比例逐渐增大,产生两个主要的作用,一个是散热造成缸内平均温度发生改变,另一个是改变新鲜进气和废气的混合历程,使得缸内温度、废气分布发生变化.当前回流质量分数小于20％时,缸内平均温度的降低使着火时刻推迟.当前回流质量分数大于20％时,温度、废气不均匀度的增加使得着火时刻提前;前回流的存在还使得缸内高温区和高废气区的重合度减小,使缸内形成了利于着火的高温及相对低废气区,促进自燃点的出现,使着火时刻提前.