不同米勒循环方式对柴油机工作过程影响的一维模拟分析

基于柴油机的工作模型,运用-维模拟分析了进气门早关和晚关两种米勒循环形式对柴油机燃烧和排放的影响,通过改变气门正时、增压压力和喷油正时,在两种米勒循环方式下对该型柴油机在额定转速下的工作状态进行了优化。实验结果表明,推迟或者提前进气门关闭时刻可以减小压缩阶段的压力和温度,从而使滞燃期增长,但是由于缸内工质的减少,缸内平均温度和碳烟排放升高;增压压力的提高可以弥补进气损失,进气门晚关或者早关并结合提高增压压力及推迟喷油,可同时降低NOx和碳烟的排放;在保持爆发压力与原机相同时,M-50配合定爆发压力与上止点前10°CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.21%,NOx排放下降22%,碳烟下降58.1%,M100配合定爆发压力与上止点前12°CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.56%,NOx下降12.96%,碳烟下降54.75%。     

两阶段喷油在催化转化器性能考评台架中的应用

催化转化器性能考评台架可以快速、有效的评价催化器的性能，具有较高的应用价值.在对催化转化器性能考评过程中，汽油机燃烧循环变动带来的转速波动，降低了空燃比控制的精度，从而影响了考评结果的可信性.为了降低燃烧循环变动，采用两阶段喷油的方式，将每循环所需的燃油一次喷射在进气冲程之前，形成缸内均质混合气；另一次喷射在进气冲程，用于提高点火瞬间火花塞附近混合气质量分数.通过对比不同喷油时刻和喷油比例时发动机的转速波动，分析了两阶段喷油参数对燃烧循环变动的影响.采用两阶段喷油进行了催化转化器空燃比特性试验，试验结果表明，通过优化喷油参数可以降低转速波动，提高空燃比控制精度.     

某大功率柴油机应用米勒循环的仿真研究

为对某大功率涡轮增压柴油机应用米勒循环进行仿真计算研究,利用GT-Power软件建立该涡轮增压柴油机物理模型,对该柴油机进行试验,验证物理模型的准确性,运用米勒循环选出该柴油机较优进气门提前关闭角.结果表明:综合该柴油机的动力、经济和排放性能得出,较优进气门提前关闭角为下止点前40°CA,较优喷油提前角为上止点前8°CA.     

两阶段喷油在催化转化器性能考评台架中的应用

催化转化器性能考评台架可以快速、有效的评价催化器的性能，具有较高的应用价值．在对催化转化器性能考评过程中，汽油机燃烧循环变动带来的转速波动，降低了空燃比控制的精度，从而影响了考评结果的可信性．为了降低燃烧循环变动，采用两阶段喷油的方式，将每循环所需的燃油一次喷射在进气冲程之前，形成缸内均质混合气；另一次喷射在进气冲程，用于提高点火瞬间火花塞附近混合气质量分数．通过对比不同喷油时刻和喷油比例时发动机的转速波动，分析了两阶段喷油参数对燃烧循环变动的影响．采用两阶段喷油进行了催化转化器空燃比特性试验，试验结果表明，通过优化喷油参数可以降低转速波动，提高空燃比控制精度．     

喷油定时对汽油机燃烧和微粒排放的影响及优化

利用燃烧分析仪和快速微粒光谱仪开展了喷油定时对增压直喷汽油机燃烧和微粒排放特性影响的实验研究。结果表明:随着喷油定时的不断推迟,缸内压力、瞬时放热率和缸内平均温度峰值均先增大后减小,峰值位置先提前后推迟;火焰发展期和快速燃烧期先缩短后增大,存在最佳喷油定时使得循环波动最小。缸内直喷汽油机微粒排放呈现核态和积聚态的双峰值。随着喷油定时的延后,积聚态的微粒峰值数量浓度先降低后增加,核态微粒则呈现相反的变化趋势;积聚态微粒峰值粒径逐渐减小,而喷油定时对核态微粒峰值粒径影响很小;微粒总数量浓度和积聚态微粒数量浓度均呈现先降低后增加的趋势,且不同工况点的喷油定时均存在最佳值,在280~310℃A BTDC。     

船用柴油机燃用异丙醇-丁醇-乙醇喷油策略研究

为了改善船用柴油机燃用异丙醇-丁醇-乙醇(IBE)的燃烧和排放特性,运用CFD数值模拟软件Converge建立其燃烧模型.分析了不同喷油策略的影响,结果表明:随着喷油时刻的提前,滞燃期延长,最高燃烧压力升高,缸内燃烧温度降低,NOx的排放量显著增加,喷油提前角为-25°CA时soot的排放量达到最低;当有预喷时,最高燃烧压力下降,NOx、soot的排放量均小幅减少;随着喷油持续期的延长,缸压峰值减小,最高燃烧温度下降,NOx排放量显著减少,soot排放稍有增加.     

电热塞点火微型内燃机燃烧特性及残余废气对其的影响

为了评估二冲程电热塞点火微型内燃机的燃烧特性,构建了测试平台进行燃烧测试。与常规汽油机对比分析表明:微型内燃机放热率低、循环变动大、燃烧持续期长,比常规尺寸机型燃烧持续期长约20°CA,并且平均指示压力(p_(mi))和燃烧压力低;电热塞点火形式无固定点火时间,燃烧始点波动很大,导致微空间燃烧不稳定。基于首着火循环的瞬态分析表明:微型内燃机较高的残余废气系数是微空间燃烧特性差的主要原因;无残余废气情况下,微型内燃机燃烧放热率曲线与常规机型相当,燃烧持续期约为22°CA,比稳定燃烧时缩短近50%;缸体温度和残余废气共同影响燃烧始点和燃烧持续期,但残余废气是主要影响因素;残余废气量和缸体温度越高,对应的pmi越低,当缸体温度为150℃时,稳定燃烧状态下的pmi仅为0.17 MPa。     

基于AMESim的柴油机燃烧计算

柴油机的燃烧过程,对发动机性能有直接的影响。为考察某ω型燃烧室内的燃烧过程,本文运用仿真手段在AMES im软件上建立了相关模型,并模拟了该燃烧室在额定转速下的燃烧过程。计算结果表明,燃烧主要是在上止点后20°CA内完成,在该转速下碳烟和NO排放较低,缸内压力和温度上升较快,从瞬时燃烧放热率曲线也可以看出燃烧过程组织得较好。计算结果对改进该柴油机的燃烧室设计提供了一定的指导意义。     

小型高速汽油机循环变动特性的测试与分析

通过采集缸内、进气和排气瞬时压力信号试验测试小型高速汽油机循环变动.分别以缸内最大燃烧压力、进气管最小瞬时压力和排气管最大瞬时压力作为评定参数对缸内、进气和排气循环变动特性进行评价,并分析进气和排气循环变动与缸内循环变动特性的相互影响关系.试验测试结果表明,高速小型汽油机缸内循环变动率约8%～12%,排气循环变动率约2%,进气循环变动率在1%以下;且缸内循环变动和进排气循环变动表现出一定的相关性,特别是排气循环变动受到缸内循环变动的影响比较大.     

某中速柴油机机内净化技术模拟

为探索机内净化方法在中速船用柴油机上应用以满足IMO Tier III排放法规的潜力,依据某大功率中速柴油机台架性能实验数据,采用AVL Boost和Fire v2008软件分别建立整机流动及缸内燃烧的仿真模型,模拟多种Miller循环、高压缩比、喷油正时及EGR率方案。结果表明:NOx排放随进气门关闭正时提前而降低,预混合燃烧峰值不断增加,会逐渐抵消Miller循环降低NOx排放的作用;增加几何压缩比使预混合燃烧峰值降低,配合喷油正时滞后可进一步降低NOx;采用中度Miller循环匹配中度EGR技术可以使NOx排放降低80%以上,同时碳烟排放降低20%,将是一条可行的满足IMO Tier III法规NOx排放的技术路线。     

甲醇喷射定时对甲醇柴油双燃料压燃式发动机性能的影响

将甲醇作为主燃料,用柴油作为点火燃料,研究了不同甲醇喷射定时对压燃式发动机性能的影响。结果表明:引燃柴油在上止点前21℃A喷射条件下,在上止点前23℃A喷射甲醇时发动机的经济性最佳,缸内的统计最大压力在小负荷时随着甲醇喷射定时提前而降低,在大负荷时随着甲醇喷射定时提前而提高。双燃料发动机的最大压力标准方差随着甲醇喷射定时提前而增大,在上止点前26℃A喷射甲醇时发动机的动力性最佳,气缸内压力波动随甲醇喷射定时提前而变大,当在上止点前29℃A喷射甲醇时点火柴油不能把甲醇燃料可靠点燃。     

柴油机起动测控系统的开发及初步应用

开发了基于循环的柴油机起动过程燃烧、排放测控系统。对一台单缸直喷式柴油机进行了改造,匹配了电控燃油喷射系统,能够实现燃油喷射量及喷油定时的调节。利用瞬时转速、缸压分析了起动过程燃烧组织的优劣,利用单循环采样系统研究起动过程中气体排放物的变化历程。试验结果表明:该系统能够满足柴油机起动过程研究的需要,为研究柴油机起动过程提供了一种有效的测试手段。     

Gasoline-diesel dual fuel intelligent charge compression ignition (ICCI) combustion: Conceptual model and comparison with other advanced combustion modes

The internal combustion engines can remain the advantage over competitor technologies for automotive driven, especially the engine efficiency, exceeded 50% while maintaining ultra-low emissions. In this paper, a novel combustion mode characterized by dual high-pressure common-rail direct injection systems, denoted as intelligent charge compression ignition(ICCI) combustion, is proposed to realize high efficiency and clean combustion in wide engine operating ranges. Specifically, commercial gasoline and diesel, which are considered to be complementary in physical and chemical properties, are directly injected into the cylinder by the two independent injection systems, respectively. Through this unique design, the in-cylinder air-fuel mixtures can be flexibly adjusted by regulating injection timing and duration of different fuels, consequently obtaining suitable combustion phase and heat release rate. The ICCI mode can widely run from indicated mean effective pressure 2 bar to 16 bar with an utterly controllable cylinder pressure rising rate, around 50% indicated thermal efficiency and low NOxemissions. A series of experiments were carried out to compare the combustion and emissions of ICCI with other combustion modes(including conventional diesel combustion, reactivity-controlled compression ignition, partially premixed combustion, and gasoline compression ignition). The results show that at the medium engine loads, ICCI mode can reach much high indicated thermal efficiency, especially up to 52% along with extremely low NOxemissions. Prospectively, ICCI mode can realize real-time adjustments of in-cylinder mixture stratification and instantaneous combustion mode switch in one cycle at any operating conditions, and has an excellent commercial application prospect for energy conservation and environmental improvement.     

火花点火天然气发动机混沌燃烧过程分析

为了揭示边界条件对点燃式天然气发动机燃烧系统非线性动力学的影响规律,研究了不同点火正时下电控喷射点燃式天然气发动机燃烧系统的混沌特性.结果表明:在爆震限定范围内,随着点火提前角(spark advanceangle,SAA)的增加,平均指示压力(indicated mean effective pressure,IMEP)增加,循环变动系数(COVIMEP)降低;相空间中吸引子具有扭曲、相互交叉和折叠的复杂几何结构,但它也是一个有限范围内的运动,燃烧系统吸引子内的轨线表现出一定非周期的有序;吸引子的关联维(correlation dimension,CD)为小于2的分数,最大Lyapunov指数为正数,说明天然气发动机燃烧系统表现出明显的混沌特征;当SAA从30°CA增加到45°CA时,IMEP从0.798 MPa增加到0.854MPa,COVIMEP从4.4%降低到1.2%,CD从1.76降低到1.59,最大Lyapunov指数从0.1降低到0.04,因此燃烧系统复杂度及系统对初始条件的敏感性下降.     

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a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。     

柴油机分配泵电控系统的标定

针对柴油机不同的运行工况提出了不同的标定目标:起动工况起动顺畅、污染小;怠速工况运行平稳、排放低;排放法规考察工况严格限制排放;其他工况有好的经济性等。试验在装有VP37电控分配泵的柴油机上进行。经过大量台架试验优化,较详细地分析了管理系统内部控制参数对柴油机性能的影响,并根据不同的优化目标确定了VP37的基本控制MAP。标定优化后的柴油机各项性能得到了整体提高,并且通过了严格的欧ⅢESC稳态循环测试。     

微机控制点火系统研究

本文介绍一种新研制的微机控制点火系统的构成和工作原理。此系统以发动机转速、进气管压力和冷却水温等作为输入参数,采用静态存贮器控制方法,控制点火提前角和闭合率。与传统的点火系统相比较,此系统具有点火稳定和均匀等优点。通过试验证明,使用这种系统可以降低发动机循环变动量,改善各缸工作的均匀性,从而使发动机的动力性和经济性得到改善。     

Controlling of NOx Emitted from a Diesel Engine Fueled on Biodiesel: Theoretical Modeling and Experimental Evaluation

The development of a diesel engine model using one-dimensional (1-D) fluid-dynamic engine simulation codes, and its validation using experimental measurements are described in this paper. The model was calibrated by running the engine on an electric dynamometer at eight steady-state operating conditions. The refined engine model was used to predict the oxides of nitrogen (NO_x) less than those measured earlier in the experiments, and hence to recommend changes in the engine for the verification of the results. The refined engine model is greatly influenced by the start of injection angle (ψ), ignition delay (φ), premix duration (D_P), and main duration (D_M) for the prediction of reduced NO_x emissions. It is found that optimum ψ is 6.5° before top dead center (BTDC). At this angle, the predicted and experimental results are in good agreement, showing only a difference of up to 4%, 6.2%, and 7.5% for engine performance, maximum combustion pressure (P_max), and NO_x, respectively.     

Combustion Characteristics of a Single Cylinder Spark Ignition Engine Fueled with Coal Mine Methane

An experimental investigation was conducted on combustion characteristics of a single cylinder spark ignition engine fueled with coal-mine methane (CMM). The CMM was simulated by the compressed nature gas (CNG)/nitrogen blend fuels. The cylinder pressure was measured. The maximum heat release ratio, the flame development duration and the main combustion duration were analyzed with the nitrogen volume fraction in the blends changing from 0% to 35%. The results indicate that the maximum cylinder pressure, the maximum rate of pressure, the flame development duration and the main combustion duration increase and the maximum rate of heat release decreases with increasing nitrogen fraction. When the level of nitrogen volume fraction in coal-mine methane is lower than 20%, the combustion process of engine is stable. But with the level of nitrogen volume fraction over 30%, the cycle to cycle combustion variation is large, especially under low load condition.     

排气道废气再循环策略下实现汽油可控自燃的气门定时区域

在装备有电控液压驱动可变气门机构的单缸机试验系统上,研究了使用排气道废气再循环(EGR)策略实现汽油可控自燃(CAI)时,气门定时对汽油CAI的影响。试验结果表明,在转速1000 r/min、过量空气系数λ为1条件下,采用进气门开启定时不变时(IVO=40°CAATDC)排气门关闭定时,(EVC)在126~176°CA ATDC范围内能够实现汽油CAI;采用EVC定时不变(EVC=146°CA ATDC)时,IVO在28~60°CA ATDC范围内也能够实现汽油CAI。EVC对从排气道吸入的废气的影响要大于IVO。在能实现汽油CAI的气门定时区域内,IVO变化范围仅为45°CA,EVC变化范围可达120°CA。