乙醇-柴油混合燃料的理化特性的研究

为了有助于开展乙醇柴油混合燃料在发动机上的应用研究，本文开展了不同乙醇掺混比例柴油乙醇混合燃料的主要理化特性的研究。采用数值计算的方法研究了不同乙醇掺混比例对混合燃料的低热值、十六烷值的影响；开展燃料的蒸馏特性试验、粘温特性试验，研究了不同乙醇掺混比例(EO，E10，E20，E30)对混合燃料的蒸馏特性、粘温特性的影响，并对混合燃料的粘温特性试验结果进行数值回归；采用相溶特性试验研究了不同乙醇掺混比例的混合燃料(EO—E100)的相溶特性，以及助溶剂对混合燃料相溶特性曲线的影响。研究结果表明：随着乙醇掺混比例的增加，混合燃料的低热值、十六烷值、粘度逐渐降低，混合燃料的低温蒸馏特性较强，助溶剂可有效解决乙醇柴油的相溶问题。     

火花点火对乙醇燃料SI/HCCI燃烧模式转换平稳性的影响

在一台经过改进的单缸机上分别实现了乙醇燃料均质压燃和火花点燃两种燃烧方式，获得了乙醇燃料两种燃烧方式各自的工作区域，并在不同工况实现了两种燃烧模式相互转换．为了改善SI／HCCI燃烧模式转换时的平顺性，考察了边界条件工况下火花点火对燃烧模式转换的影响．研究结果表明，在HCCI燃烧临界温度附近，引入火花点火能明显改善乙醇HCCI的燃烧稳定性，降低了燃烧循环变动．在SI／HCCI燃烧模式转换过程中，引入火花点火相当于向缸内混合气添加部分额外能量，以点燃混合气，进而改善了HCCI和SI相互转换时的平稳性．     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。     

乙醇燃料均质压燃的燃烧循环变动

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了乙醇燃料均质压燃燃烧循环变动的研究。结果表明:随着过量空气系数增大,最大燃烧压力、平均指示压力、燃烧持续期的循环变动均增大,燃烧始点的标准偏差减小。随着进气温度的升高,最大燃烧压力升高,而平均指示压力先升高后下降,两者的循环变动均减小,燃烧始点的循环变动增大,燃烧持续期缩短,循环变动减小。引入适量的EGR能显著地改善燃烧速率,降低最大压升率,但EGR过大会使混合气不能稳定、连续地着火燃烧。     

快速压缩机漏气量的计算方法

以自主研发的快速压缩机为研究对象,对燃烧缸内可燃混合气的泄漏量进行了计算。由于密封不好和活塞速度较慢,快速压缩机出现漏气,混合气的泄漏量与压缩比和活塞的速度有关。作者利用已知的缸内压力-时间关系曲线,对活塞的有效漏气面积进行了计算,在根据燃烧时缸内压力变化关系曲线对燃烧缸的漏气量进行了计算。漏气量的计算可以实现对缸内压力曲线修正,同时也可以对燃料的低热值进行修正,研究结果有助于提高计算精度和准确分析燃烧特性。     

基于自发拉曼散射线成像的光学诊断系统开发

开发了一套基于激光自发拉曼散射线成像的光学诊断系统。设计了一种具有2级串联光学环腔的激光脉冲展宽外整形光路,将激光能量为400mJ、峰值功率为0.4GW和半高宽为6.5ns的尖脉冲变为120mJ、小于0.02GW、大于35ns的宽低脉冲,有效地避免了气体裂解、光学元件和石英窗口损坏及可燃气体点燃等现象的发生,提高了弱的拉曼散射信噪比。设计的扩束器和缩束器可以将8mm直径的原始激光在10m后的激发区内形成1mm直径的平行激发光源。设计了一套组合消色差透镜组,可以最大限度地将66mm长的散射光束缩小10倍变为6.6mm高的实像,与ICCD的最大纵向高度匹配。使用ICCD内配的DDGTM实现了激光器与ICCD之间的时序同步。通过多通道气体拉曼光谱实验验证了该系统的实用性。该系统可应用在光学发动机中混合气浓度场和温度场的定量测定。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油的排放特性

针对一台大排量电控高压共轨柴油机,在发动机的结构和参数不作变动和调整的条件下,使用5种生物柴油混合燃料进行ESC稳态排放测试,研究了不同生物柴油含量的混合燃料对柴油机排放特性的影响。结果表明,随着混合燃料中生物柴油含量的增加,CO、PM和DS比排放量逐渐减少,同时HC和SOF比排放量稍有降低,NOx比排放量逐渐增加。B30燃料与B0相比,CO、PM和DS十三工况加权平均比排放量分别减少了46.0%、27.5%和44.2%,但NOx比排放量增加了10.9%。CO、PM和DS加权比排放量在大负荷工况下减少的幅度较大。     

用快速压缩机研究异辛烷燃料均质压燃的燃烧特性

利用快速压缩机研究了混合气浓度和进气温度对异辛烷均质压燃燃烧特性的影响。试验表明: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,最大燃烧放热率增加,最大压力升高率增大,最大压力升高率出现时刻提前;随着可燃混合气过量空气系数的增加,燃烧始点延迟,着火温度升高,燃料的最高燃烧温度降低,最大放热率降低,最大压力升高率降低,最大压力升高率出现时刻延迟,燃烧持续期增加。     

乙醇均质压燃燃烧的化学反应动力学模拟

应用0-D单区模型耦合乙醇氧化反应详细化学动力学机理,对乙醇均质压燃燃烧反应化学动力学进行了数值模拟研究。分析了乙醇氧化消耗的主要途径及乙醇的燃烧反应机理中的关键中间产物和重要的基元反应,并总结出了乙醇总体氧化流程。研究结果表明:在乙醇氧化消耗的主要途径中,C2H5OH+OH→产物占主导,单个基元反应中以R145 C2H5OH+OH=CH3CH2O+H2O为主,其次为R144 C2H5OH+OH=CH3CHOH+H2O。乙醇氧化经裂解反应、脱氢反应最终形成支链反应,乙氧基C2H5O的三种同分异构体在链分支中决定了链分支的进行方向。     

混合气质量对乙醇发动机均质压燃燃烧特性的影响

在一台经改造而成的单缸均质压燃（HCCI）发动机上,以乙醇为燃料研究了不同循环供油量和废气再循环（EGR）率对HCCI燃烧的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明：乙醇燃料HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可以接近60％;最高平均指示压力Pmi为0．6MPa;过量空气系数φa和EGR率的合理组合可以有效控制HCCI燃烧的着火正时和NOx排放,但是EGR的加入会导致HC和CO排放增加。