电控LPG发动机稀燃技术影响因素的试验研究

针对某小型单缸汽油机进行了LPG化改造,介绍了系统的组成并开发了发动机试验控制系统用于LPG发动机稀薄燃烧技术的研究.研究结果表明:不同的燃烧室形式对稀燃热效率和NOx排放水平具有重要影响,在稀燃状态下直口碗型燃烧室比浅碗型燃烧室的排放性和经济性好.发动机的转速、负荷、压缩比、点火提前角以及火花塞间隙等运转或结构参数是影响LPG发动机稀燃极限的主要因素,负荷和转速提高以及压缩比和火花塞间隙增加,均使稀燃界限拓宽;合理的点火提前角也有利于稀限拓宽;通过对各参数的优化可以拓展LPG发动机的稀燃极限,在保持LPG发动机低排放的情况下可将发动机的动力性基本恢复到原汽油机的水平.     

满足国家第Ⅳ阶段排放标准天然气发动机的开发

针对用于城市道路交通的单一燃料稀燃天然气发动机进行了深入研究.通过多维燃烧数值模拟计算,设计出直口碗型燃烧室;通过一维燃烧数值模拟设计计算,设计出0°CA气门重叠角的配气相位;通过气道稳流试验设计出较原柴油机涡流比低15%的进气道.通过对进气空气量的控制设计、燃气供气量的控制设计和点火控制设计进行了满足高排放要求的控制系统设计.通过对适应火花点火天然气发动机燃烧过程的燃烧系统设计、燃烧系统的试验研究、工作过程的优化研究、发动机控制策略的研究,开发出了满足国家第Ⅳ阶段(国Ⅳ)排放标准的火花点火稀燃天然气发动机.     

天然气发动机的研究现状

天然气能降低发动机的有害物排放,是一种比较理想的发动机代用燃料。稀燃天然气发动机具有较高的热效率和较低的NOx排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧也是提高稀燃天然气发动机热效率的方法之一,并有很低的NOx排放。本文综述了稀燃天然气发动机和HCCI天然气发动机的研究进展,尤其是燃烧室形状、点火系统、充量分层、加氢等对天然气发动机性能的影响及天然气HCCI发动机的燃烧与排放特点。     

CA6SF2-23E4N1天然气发动机性能开发(上)

介绍了CA6SF2-23E4N1天然气发动机的性能开发过程及Woodward OH2.0系统的特点.开发过程主要包括标定新增控制模块;优化燃烧室、压缩比及涡流比;标定充气效率、点火提前角、空燃比、增压压力并最终确定发动机性能;最后完成OH2.0系统电控控制参数的标定开发.     

稀燃汽油机空燃比模糊控制及其实验研究

针对稀燃发动机对空燃比控制的特殊要求,本文提出了一个稀燃汽油机空燃比前馈一反馈综合控制方案,其反馈控制采用一种模糊推理功能实现PID参数自整定的控制方法,兼顾了系统的复杂性和控制精度.采用自行开发的发动机电控系统,在一台稀燃发动机上进行了实验,并对实验结果进行了分析.     

吸附还原法还原过程中空燃比控制策略的试验研究

运用研制设计的新型稀燃尾气催化系统和恒转矩电控系统,对稀Nox吸附还原催化器(LNT)还原过程中空燃比大小和浓、稀燃时间比值及长短对稀燃发动机性能进行了试验研究,结果表明:还原过程空燃比大小和稀、浓燃时间比值及长短不仅对发动机的输出转矩大小、燃油消耗率等性能有影响,而且对发动机的排放特性也有重要影响.稀Nox吸附还原催化器还原过程空燃比越小和浓、稀燃时间比值越大、浓燃还原时间越长,Nox还原越彻底,Nox排放越低,但稀燃发动机的比油耗稍变大,经济性变差.因此,在应用LNT降低稀燃发动机Nox排放时,需要对其还原过程空燃比大小和浓、稀燃时间比值及长短进行优化.     

基于电控调压器的稀燃增压CNG发动机开发

通过比较几种典型燃料的效率及当量燃烧发动机,进行了稀燃单一燃料CNG发动机的优势分析.针对国-Ⅳ及以上排放标准,开发了基于电控调压器的重型车用CNG发动机,阐述了其燃气供给系统、进气管理系统和点火系统的结构特点及运行原理.分析了电控系统及其复合闭环策略,实现了多区域稀燃目标控制.试验结果表明:研发的CNG发动机最大功率和最大扭矩均与原型柴油机相当,而排放性能得到了极大的改善.     

增压稀燃天然气发动机排放特性

为了研究增压稀燃天然气发动机的排放特性,对发动机进行了空燃比和点火提前角调整试验、十三工况排放等试验,并在增加氧化型催化转化器后进行了相关试验,对试验结果进行研究分析,获得了天然气发动机的排放规律.结果表明:NMHC排放随空燃比增大先减少后增加,NOx排放随空燃比增大先增加后减少,在空燃比19～21左右达到最大值.NMHC比排放随转速升高略有降低,NOx排放随转速升高先减小后增加,发动机最低NOx排放点所对应的发动机转速为1600～1800 r/min.定MAP下,NMHC排放随点火提前角增大先降低后增加,NOx排放随点火提前角增大而增大.加Ⅰ型氧化催化器后发动机NOx、CH4、CO、NMHC排放值分别减少了15%、97%、78%、60%.试验结果表明,增压稀燃和氧化型催化转化器相结合是天然气发动机一种有效方案.     

燃烧室参数对小型柴油机突增负荷工况燃烧及HC排放的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况控制系统及排气采集装置，对小型柴油机突增负荷工况下的燃烧及HC排放特性进行了实验研究，利用气相色谱仪分析了HC排放成分，设计了不同参数的燃烧室，研究了不同压缩比（13～19）和燃烧室形状对柴油机燃烧及HC排放的影响，研究结果表明，同一燃烧室在突增负荷工况，燃油开始增加后，THC排放量急剧增加，最大值达到稳态工况的100倍，随循环数的增加，滞燃期缩短，HC排放逐渐减少，HC排放成分中LHC占有很大比例，其中乙烯和丙烯最多，随压缩比的降低，滞燃期延长，HC排放明显增加，压缩比相同时适当缩小燃烧室直径，有助于降低HC排放。     

电控五气门汽油机稀燃与废气再循环性能对比研究

在一电控喷射稀薄燃烧五气门汽油机上，以稀薄燃烧汽油机电控开发系统及相应的废气再循环系统为试验平台，对五气门汽油机在各种进气模式下实施稀混合气燃烧及废气再循环时的燃油消耗率和排放性能进行了详细的试验研究，进而对本发动机的稀燃性能与废气再循环性能进行了比较，分析实施不同方法对发动机性能的不同影响效果，实验结果表明，采用分层EGR技术以后，EGR比率可达32％，稀燃和分层废气再循环都有效地降低了NOx排放，分层废气再循环对NOx降低的效果更为明显，而且降低速度更快，尤其在中、低负荷，可以使排气中的NOx降低85％～95％．对于油耗，稀燃的效果显然要好于废气再循环，在较高负荷尤为明显，稀燃可显著降低HC、CO，分层EGR对HC、CO排放降低幅度不大。     

压燃式天然气发动机着火和敲缸的试验研究

提出了一种压燃式天然气发动机燃烧系统。该燃烧系统采用了低散热的分隔式燃烧室和复合供气系统,即利用分别安装于进气管和气缸盖上的高、低压天然气喷射阀在一个工作循环中的分时供气,以在副燃烧室内形成较浓的混合气,在主燃烧室内形成稀混合气。在接近压缩终点处,副室内的混合气首先着火,其火焰喷入主燃烧室点燃其中的稀混合气。在单缸试验机上研究了这一燃烧系统的着火起动特性和敲缸现象。试验结果说明：仅采用进气道低压喷射天然气的供气方式在发动机气缸内形成天然气／空气的均质混合气,可很容易地实现压缩着火和起动发动机;电热塞温度、进气温度及副室与主室之间通道尺寸对发动机的着火和起动性有显著的影响,可以实现仅利用电热塞辅助加热即可在常温进气条件下起动发动机。在主、副燃烧室内实现混合气浓度的时间-空间控制,以实现混合气浓度分层,有助于避免敲缸现象。     

YC6112ZLQM型电控稀薄燃烧CNG单燃料发动机开发研究

以YC6112ZLQ增压中冷柴油机为基础,对有关零部件进行了结构改进设计,开发出YC6112电控稀薄燃烧CNG单燃料发动机。通过大量的匹配与优化试验,完成了发动机运行所需软硬件的开发和标定工作。验证试验证明:所开发的CNG单燃料发动机,动力性和经济性完全达到了设计指标的要求,排放达到了欧Ⅱ标准。填补了我国大型公交车用高档CNG单燃料发动机的空白。     

车用发动机燃用天然气掺氢燃料的性能计算分析与研究

为了研究天然气掺氢发动机的燃烧特性,从模拟试验的角度运用大型发动机软件建立了6缸火花点火天然气掺氢发动机的虚拟样机,并经过试验验证该模型基本准确.通过仿真计算得出,天然气发动机在掺入氢气之后,提高了燃烧速度,明显拓宽了发动机的稀燃极限.在掺入氢气30 %(体积百分比)时,发动机的综合性能指标较好;提高压缩比,指示热效率得到提高.     

气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油／天然气双燃料发动机的研究

采用气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油／天燃气双燃料发动机方案,对斯太尔WD615．64增压非中冷柴油机进行了改装。试验结构表明,改装后的发动机NOx、颗粒和NMHC排放均达到了欧Ⅱ排放指标。CO和HC（含甲烷）可以通过后处理解决。     

湍流射流点火对天然气发动机燃烧特性影响的试验研究

湍流射流点火（Turbulent Jet Ignition,TJI）是一种有效的燃烧增强技术,可提供更高的点火能量,使发动机稳定着火,且可以提高燃烧压力和燃烧速率,缩短燃烧持续期,是实现发动机稀薄燃烧的有效手段。基于一台带有预燃室的点燃式单缸试验机,开展了TJI模式下天然气发动机性能的试验研究。首先,研究了不同过量空气系数下TJI对天然气发动机动力性能、排放性能及燃烧特性的影响,并与火花塞点火（Spark Ignition,SI）模式进行对比;其次,在稀燃条件下分别探究了进气增压和预燃室喷氢对天然气发动机动力性、经济性及燃烧过程的优化作用。结果表明：TJI的使用可有效拓展天然气发动机的稀燃极限,且燃烧滞燃期和燃烧持续期均更短,放热率更高;过量空气系数1.5为甲烷TJI最佳稀燃工况,此时燃油消耗率最低,且可实现氮氧化物近零排放;此外,采用进气增压的方式可以提高TJI发动机在高负荷下的经济性;TJI模式下,相较于预燃室喷甲烷,预燃室喷氢气可进一步缩短滞燃期和燃烧持续期,提高放热率,达到提升TJI性能的效果。     

WT615增压CNG电喷发动机燃烧特性数值分析

以WT615 CNG发动机为模拟研究对象,采用KIVA-3V软件建立了多维软件计算模型,并验证了模型的准确性。在此基础上研究了主要结构参数——燃烧室形状对燃烧特性和整机性能的影响。研究表明,直口形燃烧室的动力性、经济性能最好,更加适用于该天然气发动机,但排放性能有待提高;缩口形燃烧室的整机性能次之,碗形燃烧室的动力性和经济性则较差,后燃现象严重,不适用于天然气发动机。     

射流燃烧技术在车用汽油机上的应用研究

本介绍了射流燃烧室在车用汽油机上的应用研究。汽油机射流燃烧室具有独特的结构，在压缩和燃烧过程中燃烧室内能形成强烈的微涡流，因此它可以有效地抑制发动机的爆震，且在燃用相同辛烷值燃料时能提高发动机的压缩比，并形成快速燃烧和稀混合气燃烧。这种燃烧系统在几种常用汽油机上的应用表明，发动机性能得到了明显的改善，特别是燃料消耗率和排气污染显降低。     

Experimental study on combustion and emissions performance of a hybrid hydrogen–gasoline engine at lean burn limits

Lean combustion is an effective way for improving the spark-ignited (SI) engine performance. Unfortunately, due to the narrow flammability of gasoline, the pure gasoline-fueled engines sometimes suffer partial burning or misfire at very lean conditions. Hydrogen has many excellent combustion properties that can be used to extend the gasoline engine lean burn limit and improve the gasoline engine performance at lean conditions. In this paper, a 1.6 L port fuel injection gasoline engine was modified to be a hybrid hydrogen–gasoline engine (HHGE) fueled with the hydrogen–gasoline mixture by mounting an electronically controlled hydrogen injection system on the intake manifolds while keeping the original gasoline injection system unchanged. A self-developed hybrid electronic control unit (HECU) was used to flexibly adjust injection timings and durations of gasoline and hydrogen. Engine tests were conducted at 1400 rpm and a manifolds absolute pressure (MAP) of 61.5 kPa to investigate the performance of an HHGE at lean burn limits. Three hydrogen volume fractions in the total intake gas of 1%, 3% and 4.5% were adopted. For a specified hydrogen volume fraction, the gasoline flow rate was gradually reduced until the engine reached the lean burn limit at which the coefficient of variation in indicated mean effective pressure (COVimep) was 10%. The test results showed that COVimep at the same excess air ratio was obviously reduced with the increase of hydrogen enrichment level. The excess air ratio at the lean burn limit was extended from 1.45 of the original engine to 2.55 of the 4.5% HHGE. The engine brake thermal efficiency, CO, HC and NO_x emissions at lean burn limits were also improved for the HHGE.     

TJ376QE二气门发动机稀薄燃烧的实验研究

汽油机燃烧稀混合气是降低有害尾气排放、燃油消耗率的有效途径。由于二气门发动机改变缸内气体流动比较困难,难以形成空气燃料浓度分布,因此目前国际上成功的稀燃发动机均为四气门结构。为增强其涡流和滚流运动,对二气门的TJ37GQE汽油机进气系统进行了改造,随后强烈的空气运动结果表明其有利于组织空气和燃料在缸内的浓度分布,从而为在二气门汽油机上实现稀薄燃烧打下基础;通过采用二次燃油喷射技术,在缸内形成准均质分层混合气,成功地在二气门汽油机上实现了稀薄燃烧。     

NQ140N单一CNG发动机的开发与试验

通过对6102QA柴油机部分零部件的重新设计，以及降低压缩比，改进燃烧室，优化供气装置的调整特性，增加点火系统等工作，开发了以6102QA柴油机为平台的NQ140N单一CNG发动机。经对样机进行重要数据测试和性能、可靠性等试验，结果表明：NQ140N型天然气(CNG)发动机的性能达到了设计要求。