二甲醚均质充量压燃发动机排放特性的试验研究

试验研究了压缩比为10．7的二甲醚均质充量压缩点燃燃烧发动机的排放特性。试验结果表明，采用DME HCCI燃烧方式可以有效控制发动机的氮氧化合物排放，使其接近于零，实现无烟燃烧。在一定的负荷范围内，发动机的碳氢和一氧化碳排放与柴油机相当；低负荷时混合气过稀，则碳氢和一氧化碳排放偏高，而高负荷混合气过浓时，又有可能导致敲缸。发动机稳定运转的条件是一定的空燃比必须对应一定的发动机转速和负荷。     

柴油燃料HCCI燃烧的稳定性研究

实现宽广负荷范围内的稳定燃烧是目前HCCI燃烧研究的热点之一．而HCCI燃烧在高、低负荷时的工作不稳定性是影响HCCI燃烧实用性的重要问题之一。在前期研究实现单缸柴油机HCCI燃烧的基础上,主要分析了发动机负荷和气门重叠期的变化对HCCI燃烧稳定性的影响,探讨了造成不稳定燃烧的原因。结果表明：HCCI燃烧在中间负荷燃烧稳定性最好,但在低负荷时容易产生失火,高负荷时容易产生燃烧压力振荡,造成不稳定燃烧;负气门重叠期增大有利于小负荷的燃烧稳定性,负气门重叠期减小有利于大负荷的燃烧稳定性。     

二冲程汽油机的排气分离和有效利用

1.前言在普通的二冲程汽油机中,由扫气口进入气缸内的新鲜混合气约有70%参与燃烧,其余30%混合气随废气由排气口排出。为了增加新鲜充量,正在研究尽量减少新鲜混合气损失的发动机,如偏心形发动机和NiCE 发动机(日本清洁发动机)。不论用那种方法,大幅度地突破上述比率是困难的。可是,过去二冲程发动机的研究目标主要是增加新鲜充量和提高性能,没有把排气分离和有效利用作为研究方向。     

冷、热EGR对柴油机性能、燃烧及排放特性的影响

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能,在一台4缸柴油机上针对6、12、24mg循环喷油量的负荷工况(记作低、中、高负荷)对比研究了冷、热废气再循环(EGR)对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明:EGR的引入减少了新鲜进气量,整体上延长了滞燃期,减缓了燃烧放热速率,降低了压力升高率;热EGR提高了进气温度,使低负荷时的碳氢化合物(HC)排放显著降低,热效率提高,而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低,对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR;随着EGR率的提高,三种负荷下的氮氧化物(NO_x)排放均大幅度降低,碳烟排放在低、中负荷时较低,而在高负荷时则明显升高,NO_x与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小,有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放,低负荷时为提高热效率宜采用热EGR,高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。     

充量密度和氧体积分数对柴油机高负荷下热效率和排放的影响

采用试验和数值模拟相结合的方法研究了上止点时的充量密度、温度和氧体积分数对柴油机高负荷条件下的燃烧路径、排放和热效率的影响.结果表明:高的充量密度导致低的全局燃氧当量比,增强了燃氧混合率和化学反应速率,有利于提高热效率.提高充量密度对NOx的形成有两个相反的作用:增加充量的总热容,抑制燃烧温度;增加空气的卷吸率,提高混合气的温度.低的氧体积分数降低了燃油/气体混合气的化学反应速率,推迟放热率.高负荷柴油发动机在燃烧过程中有大量不完全燃烧产物CO形成和存在,这被称为"CO的冷储藏",其推迟了放热率相位,降低了已燃气体的温度,致使NOx排放降低.研究还发现发动机的碳烟排放与"CO的冷储藏"量相关.     

汽油/柴油双燃料发动机的低速高负荷扩展

在一台改造的单缸发动机上开展了进气道喷射汽油、缸内直喷柴油的双燃料燃烧模式的低速高负荷扩展研究.结果表明:汽油/柴油双燃料发动机高负荷工况需配合高比例废气再循环(EGR),当采用原机相同工况的进气压力时,由于进气量不足抑制了高EGR率的应用,导致高NO_x排放.通过提高进气压力,稳定燃烧对应的柴油喷油时刻范围变宽,汽油比例上限提高,降低了燃烧控制的难度.但由于汽油/柴油双燃料发动机的汽油高度预混合特性及直喷柴油引起的局部不均匀性,导致缸内最大压力升高率(MPRR)及碳烟排放偏高,限制了其向更高负荷的扩展.在提高进气压力的同时,通过提高汽油比例及EGR率,实现了在限定条件下向更高负荷的扩展及燃油消耗率的降低.相比于原柴油机,汽油/柴油双燃料发动机高负荷扩展的受限因素由进气增压前的高NO_x排放转变为增压后的高压力升高率.     

臭氧对天然气HCCI发动机燃烧影响的数值研究

HCCI(均质充量压燃)发动机的燃烧过程主要是受到燃料本身的化学反应动力学控制,因此改变燃料的化学性质能够有效地控制HCCI发动机的燃烧过程。由于天然气不易压燃的化学特性,所以天然气HCCI发动机低负荷运行时,会因燃烧反应速率过慢而出现火焰温度低、燃烧不充分甚至"失火"等现象。本研究中,通过耦合详细介绍天然气和臭氧(O3)的燃烧反应机理,并结合HCCI单区模型,模拟计算了进气道添加O3对天然气HCCI发动机燃烧相位的影响并进行化学反应路径分析。通过模拟计算与试验结果对比得出:进气道中添加10~40 ppm的O3可以改变天然气的燃烧反应路径,实现对天然气HCCI发动机燃烧相位的控制。低浓度的O3能有效地改变天然气低温燃烧时的燃烧相位并提高缸内燃烧压力,拓宽天然气HCCI发动机低负荷工况范围。     

高效Atkinson循环TGDI发动机作为传统动力的研究

基于涡轮增压缸内直喷(TGDI)发动机,采用高几何压缩比和大范围可调的可变气门正时(VVT)机构,选择合适的阿特金森(Atkinson)循环率,在兼顾高负荷动力性的同时降低部分负荷的油耗,以解决阿特金森循环发动机动力性不足的问题。制作样机并进行台架试验,研究了阿特金森循环对发动机换气过程的影响和燃油经济性的改善效果及阿特金森循环对排放和动力性的影响。结果表明:阿特金森循环可以容忍更大的几何压缩比以提升热效率,同时有利于降低部分负荷下的泵气损失并提高低负荷时的燃烧稳定性,可降低油耗、颗粒物排放及高负荷时的爆震倾向;但进气门关闭推迟会严重影响发动机的动力性能,因此需要降低高负荷时的阿特金森循环率并提高增压压力。     

改善热面点火天然气发动机起动和运转性能的研究

针对热面点火天然气机起动困难以及低负荷循环波动大、高负荷燃烧敲缸、Nox排放数值较高的问题,通过台架试验,分别研究了3种燃料添加剂、进气加热温度、隔热措施及热EGR对发动机起动和运转性能的影响.结果表明,采用3种添加剂、提高进气温度和燃烧室隔热,有利于天然气着火起动和稳定燃烧.采用热EGR有助于天然气发动机扩展功率范围并有利于降低Nox排放.     

异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的试验研究和分析

在一台改制的发动机上进行了异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的研究。发动机性能用缸内压力评估,研究用的参数包括放热率、平均指示压力和热效率。试验结果表明,乙醇着火时刻早于异辛烷;在乙醇中加入异辛烷可以推迟着火,并导致平均指示压力和热效率的降低;对某种特定燃料,HCCI燃烧的发生主要取决于进气充量温度,初始充量温度的增加将导致HCCI燃烧提前;充量温度低或发动机转速低时,混合气形成质量差,对HCCI燃烧有不良影响;指示热效率为30%~43%,其值高于火花点火发动机;预燃室的存在有利于稳定的HCCI燃烧;超稀充量运行可以显著降低NOx排放。     

柴油机高密度-低温燃烧的数值模拟

从柴油机燃烧过程控制的思想出发,解释了高密度-低温燃烧概念的内涵.数值模拟结果表明,高充量密度在提高热容方面与EGR具有相同的作用.因此,低温燃烧使用较低的EGR率时就能实现很低的NOx和碳烟排放;另外,高充量密度促进了燃空混合率,特别是促进了燃烧后期的混合速率,极大地缩短了燃烧持续期,提高了指示热效率,高密度-低温燃烧的这一特征对柴油机高负荷和全负荷下实现高效、低排放运行具有突出的优势.研究结果还显示,充量密度对燃烧过程参数的影响是多重的,不同于传统柴油机燃烧.     

直喷式酒精-柴油双燃料发动机的研究——关于双燃料喷射方式

内容提要对双燃料(酒精-柴油)喷射发动机的燃烧过程和排放已有研究.酒精的燃烧过程可以用火焰传播来解释,通过酒精的燃烧能够减少因柴油燃烧而产生的黑烟.最大酒精代用率达到柴油的96%(容积).虽然在低负荷时双燃料喷射发动机的指示热效率比原发动机低4%左右,但在高负荷时比原发动机大约高1%.黑烟排放少,CO的排放量与原发动机大致相同,虽然HC的排放量大约比原发动机高一倍,但NO_x的排放量却减少了50%.     

重型车用柴油机燃用乳化柴油的燃烧与排放特性试验研究

在不改变发动机任何参数的情况下,对高压共轨重型车用柴油机分别燃用柴油和乳化柴油的燃烧与排放特性进行了对比试验研究。试验结果表明:与纯柴油相比,乳化柴油在试验工况下着火滞燃期延长,瞬时放热率峰值提高,燃烧持续期变短;缸内最高压力在低负荷时较柴油高,但在高负荷时较柴油低;在全负荷下,相比于柴油,燃用乳化柴油有效功率平均降低了16.90%,但发动机有效热效率平均提高了2.42%;燃用乳化柴油在常用转速1 800 r/min的负荷范围内时,NOx和碳烟排放分别比柴油平均降低了12.77%和58.90%,改善了NOx和碳烟排放的权衡曲线关系;高负荷时,燃用乳化柴油的CO排放减少,但HC排放增加。     

二级充量分层策略对低温燃烧过程的调控规律

从发动机低温燃烧模式的燃烧过程难以控制的问题出发,对分层低温燃烧充量状态的合理组织,提出了充量状态二级分层的概念,将缸内充量分为高活性局部充量和低活性均质充量,通过对这二级充量的控制,达到对整个低温燃烧过程的控制.通过实验,以高活性局部充量的喷油正时和低活性均质充量的活性为变量,研究了该二级分层的控制效果,实现了高活性局部充量着火后,低活性均质充量被引燃用以控制后续燃烧过程的两阶段放热模式,有效控制了整体燃烧过程.     

小升程凸轮轴发动机HCCI燃烧特性的研究

为了在发动机的低速低负荷区实现均质充量压缩着火（HCCI）燃烧，设计了气门升程小和气门开启持续期短的进、排气门凸轮轴，并将其安装在Ricardo Hydra单缸汽油机上。试验研究了发动机使用理论空燃比混合气时的燃烧情况，结果表明，使用负气门重叠角可以在低速低负荷区实现HCCI燃烧。在HCCI燃烧方式下运行时的平均指示压力（PIMEP）依赖于气门定时和发动机转速。排气门关闭越早，缸内的残余废气量增加，每循环进气量减少，燃烧持续期变长，PIMEP减小，然而泵气损失减小；进气相位对PIMEP的影响小于排气相位的影响；高的发动机转速对燃烧过程的影响类似于排气门早关．     

直喷式柴油机燃用纯甲醇的研究

本文介绍在在喷式柴油机上用热面点火法燃用纯甲醇的试验研究结果。，在采用复合式燃烧系统的Ｘ１１０５型柴油机上进行了燃料喷射系统改进，使发动机燃用纯甲醇时获得了满意的性能，运转平稳，其功率和扭矩达到了原机水平。在中、高负荷时有效热效率高于原机，但在低负荷时还低于原机。试验结果还表明，热面点火系统的设计对发动机性能有着极为重要的影响。     

天然气-汽油双燃料发动机燃烧特性试验研究

为了探究天然气-汽油双燃料燃烧模式在现代发动机上的适用性及潜在优势,基于一台增压直喷发动机结合进气道喷射天然气和缸内喷射汽油,开展了不同负荷、过量空气系数和天然气替代率下天然气-汽油双燃料燃烧特性试验研究。结果表明,低负荷固定转矩工况下,随着天然气质量流量增加,发动机最高燃烧压力提高,燃烧相位提前,循环变动降低,且在稀燃条件下尤为明显。中等负荷固定转矩工况下的燃烧特性变化规律与低负荷工况相似,而在高天然气替代率、稀燃条件下有效热效率随天然气质量流量增加明显提高。高负荷节气门全开工况下,尽管发动机最大转矩有所下降,但爆震起点和强度得到有效抑制,燃烧相位也明显改善,因此可以通过增压来弥补发动机功率不足的问题。     

柴油机燃用菜籽油-柴油混合燃料的试验研究北大核心CSCD

文章在一台双缸直喷柴油机上开展了燃用菜籽油-柴油混合燃料时的发动机性能、燃烧和排放特性研究,并与燃用柴油时相比较。研究结果表明:当菜籽油的掺混比(体积分数)不大于20%时,混合燃料的运动粘度和密度接近于柴油;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间与柴油几乎相同,但缸内压力峰值和放热率相对较高;在高负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间略早于柴油,特别是VD50;在低负荷工况下,燃用VD50时的燃油消耗率最高,有效热效率最低;随着发动机负荷的逐渐增加,燃用混合燃料与柴油时的燃油油耗率差异逐渐减小,有效热效率也不断提高;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的碳烟排放量较高,高负荷时则与之相反;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的NOx排放量略低于柴油,高负荷时则几乎相同;在整个负荷范围内,燃用混合燃料时的CO和HC排放量均较高。     

柴油引燃乙醇均质混合气的二元燃料燃烧特性

在一台单缸增压中冷试验柴油发动机上,研究了不同转速和负荷下乙醇在进气道形成均质混合气,然后在气缸内由柴油引燃的二元燃料燃烧特性.结果发现:采用柴油引燃乙醇混合气的二元燃料燃烧方式,在高负荷时预混燃烧量明显增加,扩散燃烧大幅度减少;在低负荷以及整个低速工况下都实现了单峰快速放热.另外,采用这种燃烧模式能够降低绝大部分工况的最高燃烧温度,并缩短高温持续时间.研究还发现,这种二元燃料燃烧大部分工况的最高爆发压力和压力升高率都比原机高,燃烧持续期短于原机,在中高负荷时能大幅度地减少柴油消耗并提高发动机热效率.与原柴油机相比,采用二元燃料燃烧的指示热效率最高提高了11.09%.     

汽油机燃烧放热特征参数的量化研究及简化数模开发

基于多台汽油机性能对标试验数据的二次开发,总结出了此类发动机的燃烧效率、燃烧持续期、燃烧放热率曲线的形状参数随发动机转速、负荷、过量空气系数等运行参数的变化规律。结果表明:燃烧效率几乎只与过量空气系数相关,二者有明确的线性关系;燃烧品质参数m值主要与发动机的负荷相关,与发动机其他设计及运行参数的关系较弱,在很低负荷时m值随发动机负荷的增大而稍微增加,而当负荷高到一定值时m值稳定在2.0左右不变;燃烧放热率曲线形状呈对称形态;燃烧持续期在低负荷时随发动机负荷的增高而减小,但当平均有效压力(BMEP)大于0.8MPa后,燃烧持续期基本稳定不变。燃烧持续期随发动机运行参数的变化趋势,可用简单的线性关系来表述,并有较好的预测精度。