甲醇-汽油双燃料火花点火发动机试验研究

基于一台由缸内直喷汽油机改装而成的高压缩比双燃料汽油机,研究了甲醇-汽油双燃料喷射方式(M-G,是指进气道喷射甲醇,缸内直喷汽油)和汽油-甲醇双燃料喷射方式(G-M,是指进气道喷汽油,缸内直接喷甲醇)两种双燃料双喷方式对火花点火发动机燃烧排放特性、热效率和爆震抑制的影响。在试验过程中甲醇的喷射比例范围为0~100%。试验结果表明:相比于汽油单燃料发动机,两种双燃料喷射方式(M-G和G-M)都能够显著提高经济性、抑制爆震同时降低微粒排放;G-M双燃料喷射方式相比M-G双燃料喷射方式在抑制爆震、降低微粒排放上效果更加显著。     

乙醇/汽油双燃料双直喷模式下分层稀薄燃烧试验研究

针对乙醇与汽油固定掺混比例下使用不能充分发挥乙醇燃料优势的问题,开发出了乙醇汽油双燃料-双直喷系统,并在一台点燃式单缸试验机上进行试验,研究了稀薄燃烧下3种不同的喷射策略对发动机燃烧和性能的影响。研究发现:在稀薄燃烧的情况下,随喷射时刻的推迟,不同喷射策略下动力性呈现先增长后降低的趋势。在保证喷油量不变时,有效热效率随过量空气系数增大而明显提高,当量燃油消耗率逐渐降低。随喷射时刻的推迟,热效率呈现先升高后降低的趋势。在过量空气系数为1.2,汽油喷射时刻为上止点前180°,乙醇喷射时刻为上止点前300°时,有效热效率达到最高值40.5%。此外,相比于汽油,添加乙醇燃料使得稀薄燃烧更稳定,循环波动更小。     

基于高压直喷航空煤油点燃式发动机燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点然式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP-3)为基础燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、4冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了单双点火、不同负荷、压缩比、喷射压力、喷射时刻和两次喷射策略下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在原机压缩比为10的条件下,将直喷汽油改为直喷航空煤油后,由于航空煤油的抗爆性差、雾化困难、燃烧速率慢等理化特性,发动机的动力性损失约50.0%,油耗增加约60.0%,循环波动也大幅增加;相比于单点火,双点火可使缸内平均有效压力提高,燃烧相位提前,循环波动降低;为了抑制高压缩比下的爆震倾向,可通过降低压缩比来拓宽负荷范围,恢复原机功率。随着压缩比的降低,有效平均压力(BMEP)持续增大,当压缩比为6时,最大转矩可达39.5N·m,功率恢复至原机的88.0%。同时耦合高压及两次喷射策略,随着喷射压力的增大,有效燃油消耗率(BSFC)减小约30.0%,经济性有所提高。相比于单次喷射,采用两次喷射策略可降低油耗,提升缸内有效平均压力,提升燃烧效率,最终可实现发动机燃用航空煤油的性能接近原机水平,最大负荷达原机的90.0%且油耗增加量不超过15.0%。     

基于双直喷策略的低负荷下活性控制压燃燃烧特性的数值研究

采用流体仿真软件CONVERGE开展了基于双直喷策略的低负荷工况下二代生物柴油/汽油活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧模式的数值模拟研究,对比了常规进气道喷射汽油RCCI和双直喷RCCI的燃烧特性,并探讨了双燃料喷射时刻对双直喷RCCI燃烧的影响。结果表明:相比常规进气道喷射汽油RCCI,双直喷RCCI能够有效控制缸内汽油混合气分布,改善不完全燃烧现象;随着汽油直喷时刻的推迟,分层燃烧减弱,燃烧持续期缩短,燃烧效率降低,热效率先减小再增大后又减小,NO_x排放减少而碳烟排放增加;随着二代生物柴油喷射时刻的推迟,分层燃烧加剧,燃烧持续期延长,燃烧效率升高,热效率先增大而后减小,NO_x排放增加而碳烟排放减少。     

高压直喷点燃式发动机燃用航空煤油掺混乙醇对燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点燃式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP3)为基础燃料,以乙醇为辅助燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、四冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了不同负荷、不同乙醇和航空煤油掺混比、不同喷射压力、不同喷射时刻下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在压缩比为7的条件下,由于爆震的限制,发动机负荷仅能达到原机的72.0%。而乙醇具有较强的抑制爆震的能力,随着乙醇在航空煤油中掺混比例的增加,发动机负荷区间不断拓展,当乙醇的掺混比为10%时发动机可实现全负荷工作。继续增大乙醇的掺混比例,可进一步提升功率并降低油耗。为探究喷油时刻对动力性、经济性的影响,试验测定了5种喷油时刻对燃烧性能的影响。当喷油时刻为压缩上止点前300°时,发动机具有较好的动力性;当喷油时刻为上止点前360°时,发动机具有较好的经济性。     

增压直喷乙醇-汽油发动机超级爆震模拟

采用在压缩行程上止点前向燃烧室内直接喷入一定量机油液滴,模拟了悬浮在燃烧室内的机油液滴引燃可燃混合气诱发低速早燃(LSPI)现象的过程.试验验证了选用的计算模型及计算方法的可行性后,数值模拟了不同低速运转条件下、不同乙醇掺混比(体积分数)的乙醇-汽油混合燃料时,小缸径增压直喷发动机燃烧室内由机油液滴引发的低速早燃现象以及后续的超级爆震过程.结果表明:乙醇掺混比分别为10%和20%(E10、E20)时,发动机缸内依次发生了超级爆震燃烧;当乙醇掺混比为30%(E30)时,即使发生了早燃现象(1 200 r/min)并导致随后的爆震燃烧,但压力升高幅度明显降低,此时没有发生超级爆震燃烧;随着发动机转速提高(1 600 r/min),使用E30燃料时发动机缸内也仅发生了早燃现象,而没有发生爆震燃烧;当乙醇掺混比高于50%(E50)后,不同工况条件下发动机缸内已经没有低速早燃现象.使用乙醇-汽油混合燃料的小缸径增压直喷发动机在超级爆震发生前一定有低速早燃现象发生,但低速早燃现象不一定导致超级爆震过程.     

丁醇比例对柴油-丁醇复合喷油燃烧的影响

在试验柴油机上进行了柴油缸内直喷结合丁醇气道喷射的复合喷油燃烧试验.结果表明,小负荷工况下,复合喷油燃烧过程以预混燃烧为主,随着丁醇喷射比例的增大,最大爆发压力小幅度降低,最大压力升高率略有升高.大负荷工况下,复合喷油燃烧过程存在明显的扩散燃烧,随着丁醇喷射比例的增大,扩散燃烧比例减小,预混燃烧比例增加,放热率峰值相应增大,特别在低转速工况下,会导致压力升高率显著升高,敲缸倾向增大.随丁醇喷射比例增大,柴油-丁醇复合喷油燃烧的滞燃期几乎不发生变化,燃烧持续期缩短,指示热效率降低,但保持在40％～ 50％.丁醇喷射比例是影响柴油-丁醇复合喷油燃烧性能的重要因素,根据工况调节丁醇喷射比例,可以保证发动机在全工况范围内获得良好的燃烧和经济性能.     

氩-氧氛围下天然气缸内燃烧特性试验

通过一台改装的直列双缸柴油机,将进气由空气改为比热比更高的氩气和氧气的混合气,研究了氩-氧氛围下天然气的缸内燃烧特性.结果表明:氩-氧氛围下发动机获得了较高的热效率,且热效率随氩气比例的升高而提高,在化学当量比下的试验工况中,当进气中氩比例为82%,时,指示热效率最高达到了47.8%,,相比空气氛围相对提高近33%,.相比于空气氛围,氩-氧氛围下天然气的着火延迟期缩短,燃烧更为迅速,缸内压力峰值更高.需要选择合适的进气氩比例和点火时刻以降低燃烧的粗暴性.氩-氧氛围下氩气比例为75%,时缸内易出现爆震,当提高进气氩气比例至82%,时,能有效避免爆震发生.     

稀燃对甲醇直喷点燃式发动机性能的影响北大核心CSCD

将一台增压直喷米勒循环汽油机改制成高压缩比(13.8)甲醇直喷点燃式发动机,在2 750 r/min、平均有效压力(brake mean effective pressure,BMEP)为1.1 MPa及1.5 MPa工况下研究了稀燃对甲醇直喷发动机燃烧、排放及热效率的影响。结果表明:随过量空气系数λ增大,甲醇直喷发动机滞燃期和燃烧持续期逐渐延长,高稀释率下燃烧滞燃期和持续期明显短于汽油原机。在1.1 MPa BMEP工况下,发动机的稳定燃烧极限从汽油原机的λ=1.5拓宽到甲醇直喷的1.7以上。气体排放方面,随λ增大,甲醇直喷发动机HC排放逐渐增加,而CO排放先降低后升高,在λ=1.1附近CO排放最低。与汽油原机相比,甲醇直喷发动机在各过量空气系数下均表现出更低的NOx、HC及CO排放。热效率方面,发动机在BMEP为1.1 MPa下,汽油原机和甲醇直喷的最大有效热效率分别为39.8%和44.1%,热效率绝对值分别较当量比燃烧提升2.5%和3.2%。BMEP提高到1.5 MPa后,甲醇直喷发动机在λ=1.4实现了44.5%的最大有效热效率。     

复合喷射汽油机冷起动首循环颗粒物数量排放与失火控制

基于复合进气道喷射与缸内直喷两套喷射系统的汽油机,使用进气道喷射(PFI)、缸内直喷(GDI)及复合喷射(PDI)方式,研究不同喷射模式对汽油机冷起动首循环及前10循环的燃烧以及颗粒物数量排放的影响.研究结果表明:复合喷射可大幅降低直喷发动机冷起动首循环颗粒物数量排放;基于离子电流缸内诊断技术可实现冷起动首循环失火诊断与补火控制,避免失火,失火循环补火再燃后的颗粒物数量排放与GDI模式冷起动基本相同,但可避免HC排放恶化.