喷油正时和压力对混合燃料燃烧影响的试验

在一台4缸柴油机上对比研究喷油策略对柴油/汽油/正丁醇混合燃料燃烧和排放特性的影响.试验中发动机转速固定为1,600,r/min,使用的4种燃料为纯柴油(D100)、柴油/汽油混合燃料(D70G,30)、柴油/正丁醇混合燃料(D70B30)和柴油/汽油/正丁醇混合燃料(D70B15G15).结果显示:与D100相比,3种混合燃料的soot排放大幅降低,其中D70B30最低.汽油或正丁醇的混入导致缸内压力峰值、放热率峰值和最大压力升高率(MPRR)增大,滞燃期延长,主燃烧放热时刻(CA,50)推迟,燃油经济性恶化.然而,CO排放升高,喷油时刻提前,可以明显削弱这一现象.D100与混合燃料的NOx排放之间基本没有差异.并且,混合燃料的soot排放对喷油策略的敏感程度远低于D100.但推迟喷油能够大幅度抵消掺混汽油或正丁醇所引起的MPRR升高趋势.此外,喷油压力对soot排放的影响大于喷油正时.     

某GDI发动机二次喷油策略的试验研究

本文研究了某汽油机缸内直喷(Gasoline Direct Injection,GDI)发动机二次喷油策略对自然吸气直喷发动机燃烧性能、经济性和排放性的影响规律,优化了二次喷射比例和时刻,为该类型发动机相关参数优化提供了数据积累和依据.试验工况下,随着二次喷油比例的增加,燃烧质量变差,缸内爆发压力降低,缸内燃烧温度降低...     

基于两阶段燃油喷射的直喷汽油机离子电流特性的试验

基于两阶段燃油直喷的汽油机研究了首次喷油时刻、第2次喷油时刻、两阶段喷油比例以及点火时刻对起动首循环缸内燃烧离子电流特性的影响.分析了不同燃烧边界条件下直喷汽油机缸内燃烧反相离子电流峰值及其相位的变化,进而探讨了缸内压力及放热率之间的关系.此外,分析了分层燃烧直喷汽油机典型燃烧情况下的离子电流波形特征,并且对比了分层混合气和均质混合气燃烧模式下离子电流波形特征.结果表明,调整首次喷油时刻、第2次喷油时刻以及两阶段喷油比例主要是改变缸内混合气形成特性,尤其是火花塞附近的局部混合气浓度,影响了火焰传播速度,进而也影响了形成的离子电流的强弱.提前和推迟点火时刻均导致反相离子电流峰值减小.另外,4种典型的燃烧(失火、部分燃烧、伴有后燃以及正常燃烧)情况下,离子电流波形特征有着显著的差异,且反相离子电流峰值和积分信号在4种情况下依次增大,伴有后燃的情况下在做功冲程后期再次出现离子电流峰值波形.     

正丁醇-生物柴油双燃料高预混燃烧的着火机理

应用三维计算流体力学程序包KIVA耦合正丁醇-生物柴油双燃料燃烧机理,研究了不同的生物柴油喷油时刻、正丁醇-生物柴油喷射比例以及EGR率条件下,正丁醇-生物柴油双燃料高预混合燃烧着火机理.结果表明:不同的燃烧控制参数影响生物柴油和正丁醇的低温反应过程.随着生物柴油喷油时刻的推迟,燃料发生低温反应的比例降低,而中温和高温裂解反应的比例快速增加,使得反应体系活性大大提高.当生物柴油喷油时刻较早、正丁醇比例和EGR率较低时,生物柴油的低温反应中间产物MD_xO_2同分异构体生成较早,正丁醇的低温反应中间产物nC_3H_7CHO的生成区域与MD_xO_2同分异构体的分布区域一致.生物柴油喷油提前以及增大其比例,生物柴油与正丁醇可以较好混合,发生自由基的交互反应,促进着火发生.优化燃烧控制参数可以保证着火和合适的燃烧相位.     

基于光学发动机的柴油/聚甲氧基二甲醚引燃乙醇对比研究北大核心CSCD

为了改善内燃机燃烧与排放,探究反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧规律,在一台轻型光学发动机上对比了缸内分别直喷柴油和聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)引燃进气道喷射乙醇的燃烧特性。通过调节缸内直喷的喷油时刻和喷油比例,对燃烧过程进行了可视化试验分析。结果表明:随喷油时刻不断推迟,缸内燃烧压力与放热率呈现先增后减的趋势,喷油时刻在上止点前20°时燃烧效果最好。随着缸内直喷燃油比例的增加,每循环燃烧压力峰值和放热率峰值不断增加,燃烧相位提前,燃烧更充分。利用高速成像技术获得的图片结果显示:两种引燃模式下火焰均发生于近壁区域并向四周扩散。火焰亮度最高和面积最大的时刻出现在燃烧始点附近。PODE引燃乙醇时火焰场中无曝光区域而柴油引燃乙醇时存在较多曝光区。PODE/乙醇燃料组合相对于柴油/乙醇燃料组合的缸压和放热率峰值更高,滞燃期和燃烧持续期更短,燃烧效率更高,碳烟生成量更少。     

汽油/柴油双燃料不同HPCC燃烧模式的数值模拟

针对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式,在总喷油量、主放热时刻(CA50)基本相当的条件下,对柴油早喷(E-HPCC)与柴油晚喷(L-HPCC)情况下的燃烧特性和排放特性进行了数值模拟研究.结果表明,HPCC着火和燃烧过程主要受缸内活性自由基控制,较晚喷射会导致缸内局部正庚烷浓度高、活性较大,造成高温放热提前;较早喷射正庚烷会抑制低温放热,从而增加着火时刻缸内活性自由基的数量,是放热率较高、最大压升率较大的主要原因.L-HPCC模式下,高温放热时刻缸内局部正庚烷浓度较大造成了缸内局部温度较高,促进了NOx生成,相对E-HPCC模式NOx排放较高;虽然L-HPCC局部浓度较高会促进碳烟的生成,但同时较高的燃烧温度加强了碳烟的氧化,因此L-HPCC模式的碳烟排放低于E-HPCC模式.     

喷油时刻对汽油/乙醇发动机性能的影响

通过一台Yamaha YBR250发动机原机,进行乙醇直喷(EDI)与汽油进气道喷射(GPI)的改装,研究了EDI喷油时刻对发动机缸内混合气形成、燃烧和排放的影响,同时建立了EDI结合GPI发动机的三维计算模型,对试验工况进行了数值模拟.分别对喷雾模型和燃烧模型进行了试验标定,结果表明:通过改变EDI喷油时刻,进气涡流与喷雾带动气流的运动共同作用于缸内燃料的蒸发雾化,可以在火花塞附近形成不同程度的燃料浓区;延迟EDI喷油时刻至100°CA BTDC,能够有效地协同壁面传热以及乙醇蒸发作用,降低点火时刻缸内温度,从而降低最大爆发压力和缸内燃烧温度;相对于早喷工况,EDI喷油时刻为100°CA BTDC的工况能够有效降低缸内HC及NO排放.     

汽油/柴油混合燃料发动机小负荷工况的燃烧及排放特性仿真研究

针对汽油/柴油混合燃料发动机,在均质压燃(HCCI)模式,利用缸径100 mm单缸柴油机,控制喷油量在每循环9.4 mg,转速在2 000 r/min,进气压力在0.2 MPa时,选取不同汽油/柴油比例掺烧、在不同喷油时刻进行数值模拟研究,结果表明,汽油/柴油混合燃料随汽油比例增大,喷油时刻提前,缸内平均压力呈先增后减,燃料燃烧速度先减后增,缸内平均温度呈上升趋势,喷油时刻提前,可大幅度降低CO,NO,喷油时刻在止点后-30°曲轴转角(CA)到-40°CA之间时,增大汽油比例能有效降低碳烟(Soot);G50燃料会随喷油时刻提前,燃油混合气雾化效果变好,CO,NO会进一步降低,而Soot排放呈先减后增规律,整体排放降低的最优喷油时刻在上止点后-35°CA。     

直喷汽油机二次喷射改善冷起动性能的研究

通过一台直列4缸汽油机分析了喷油模式对直喷汽油(GDI)发动机冷起动过程及冷态怠速过程的影响.结果表明:通过调整喷油策略可以改变缸内混合气的燃烧过程,在二次喷油比例为0.6∶0.4、喷油定时分别为上止点前300°CA和140°CA、环境温度为-30℃条件下,发动机的燃烧特性最佳,HC排放最低.在车辆冷起动过程中,通过二次喷射可以有效缩短混合气的滞燃期和燃烧持续期,以达到缩短起动时间、提高起动性能的目的.在起动后的怠速阶段,采用二次喷射可以大幅提高发动机的燃烧稳定性,有效消除怠速不稳的问题.在闭环控制阶段,通过二次喷射合理组织缸内混合气分布,可以有效改善减稀混合气造成的车辆抖动问题.此外,缸内混合气燃烧过程的优化可以有效降低冷起动过程的HC和CO排放,但会造成NOx排放的小幅升高.     

天然气-柴油双燃料燃烧的微种群遗传算法数值优化

利用微种群遗传算法结合计算流体动力学(CFD)构建了数值优化平台,对一台天然气-柴油双燃料重型发动机在中速,低、中和高3个负荷下进行了多目标优化.结果表明:通过优化柴油两次喷射时刻、压力、首次喷油比例、预混能量比例(PES)和EGR比例,可以使发动机在3个工况下获得高效清洁的燃烧.在不超过最大爆发压力、最大压力升高率及排放设定限值的前提下,均可获得高于45%的热效率.随着负荷增加,所需PES及EGR率依次增大.柴油首次喷射较早,用来调节压缩余隙处的活性梯度,第二次在较晚时刻喷入活塞碗底部区域,在中、低负荷工况下,缸内呈现出活性控制压燃(RCCI)燃烧式的梯级顺序燃烧特性.在高负荷工况下,缸内一定程度上展现出柴油微引燃(DPI)燃烧式的燃烧特性.在所有工况下,缸内均发生多点式的着火燃烧.     

基于汽油/柴油双阶段燃烧模式对低温阶段燃烧及排放性能的影响

在一台高压共轨柴油机进气总管上加装汽油喷射系统,汽油采用进气道喷射形成预混合气,柴油采用缸内大角度预喷并引燃汽油.试验以降低NOx排放和消光烟度为主要目标,探究汽油/柴油双阶段燃烧模式的汽油喷射量、柴油预喷正时、柴油预喷量对低温阶段燃烧及排放特性的影响,并通过对燃烧、排放及经济性综合考量构建喷油参数优化策略.结果表明:引入汽油后的燃烧过程呈现两阶段放热,实现了柴油着火时刻可控;增加汽油喷射量可以有效强化缸内油气混合,使主放热率峰值升高,有助于燃烧完全;该燃烧模式的低温阶段避免了传统柴油机NOx和消光烟度出现的折中关系,消光烟度处于低水平范围,均低于3%,;适度提前柴油预喷正时或减少柴油预喷量能同时降低NOx排放和消光烟度,但CO和HC会出现一定程度恶化.     

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.     

正丁醇掺混比对双燃料发动机性能的影响

正丁醇具有与柴油互溶性好、挥发性好和自身含氧等特点,是一种良好的清洁替代燃料,为了改善天然气双燃料发动机的燃烧和排放特性,在引燃柴油中掺混了正丁醇.通过调整喷油时刻,使燃烧相位(CA 50)固定在6°CA ATDC处,对比分析了正丁醇掺混体积分数分别为0%(B0)、10%(B10)、20%(B20)和30%(B30)时缸内的燃烧和排放参数.研究结果表明:随着正丁醇掺混比的提高,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,缸压峰值升高,放热率峰值先升高后降低,B10的峰值最高.此外,指示热效率提高,CO和HC排放降低,而NOx排放略有增加.     

引燃柴油喷油正时对LNG-柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

以一台涡轮增压六缸柴油机改造的发动机为试验对象,研究引燃柴油喷油正时对LNG-柴油双燃料发动机燃烧特性的影响。研究了不同喷油正时下的双燃料发动机的缸内压力、压力升高率、缸内温度、燃烧放热规律、循环变动等参数。研究结果表明:引燃柴油喷油正时对双燃料发动机燃烧特性影响很大。随引燃柴油喷油正时的增大,最高缸内压力、最高压力升高率、最大燃烧温度和最大瞬时放热率先升高后降低且所对应的曲轴转角减小;峰值压力循环变动系数先降低后增大,峰值压力升高率循环变动系数降低。     

废气再循环率及点火时刻对天然气发动机燃烧和排温的影响

基于一台当量比燃烧的天然气发动机,采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究.研究结果表明:随着EG R率的增加,燃烧相位后移,燃烧持续期延长,放热率峰值减小,最大压升率、缸内最高燃烧压...     

喷油对二冲程汽油机混合燃烧模式影响的模拟

利用三维数值模拟,研究了小负荷时两次喷油策略对气门式二冲程直喷汽油机缸内混合气形成和火花点火形成的火焰诱发自燃的混合燃烧(SFI)特性的影响.结果表明:缸内燃油和温度的分层形式是影响混合气自燃特性的重要因素.在固定循环喷油量下,随着第二次喷油比例的增大,火花点火时火花塞周围燃空当量比增大,从气缸中心区到外围区的燃油浓度减小,着火时刻先略有提前然后逐步推迟,同时燃烧持续期先减小后增加,而平均指示压力、最大压力升高率和最大气缸压力均呈先增加后降低的趋势.与单次喷油相比,两次喷油更容易实现SFI燃烧.其中,第二次喷油比例为30%,时,火焰传播速度最快、自燃持续期最短.第二次喷油比例大于70%,时,气缸周围的偏稀混合气在火焰传播过程中难以自燃,缸内以火焰传播为主.     

可变涡流对稀燃二次喷油火花点燃式发动机性能影响的研究

主要研究了火花点燃式发动机采用二次喷油技术实现稀薄燃烧时，可变涡流对燃油经济性的影响情况。研究结果表明，在负荷和涡流比较大时，采用较小的二次喷油比例可获得较好的燃油经济性。而在缸内不存在涡流运动时，则须采用较大的二次喷油比例才能获得较好的燃油经济性。在缸内气体存在一定强度的涡流运动时，发动机的比油耗随二次喷油正时的变化呈波动状变化；当涡流比为0时，喷油正时对发动机油耗率的影响则与有涡流运动存在时的情况明显不同。这说明涡流运动对二次喷油在缸内的分布存在明显的影响。     

掺混比例和喷油压力对柴油/正丁醇低温燃烧的影响

将正丁醇、正庚烷分别与柴油以20∶80和40∶60体积比掺混,在100、130,MPa两个喷油压力下进行柴油机直喷燃烧试验,研究喷油压力和掺混比例对柴油/正丁醇低温燃烧特性和碳烟排放的影响,结果表明:提高喷油压力能够改善柴油/正丁醇掺混燃料高比例EGR燃烧相位滞后问题,在更大EGR率范围实现高效燃烧.随喷油压力提高,十六烷值和含氧对降低碳烟的作用增强,沸点等其他特性作用变小.提高掺混比例,正丁醇对燃烧的影响更明显,燃烧放热始点明显推迟、燃烧反应速度加快,在一定的EGR率范围内热效率提高.掺混比例从20%提高到40%,各燃料特性对碳烟排放的降低作用都显著增大,沸点等其他特性作用成为降低碳烟排放的重要因素,十六烷值的作用更加显著.     

进气组分耦合喷油定时对柴油机工作过程的影响机理

通过一台共轨柴油机,基于正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化动力学机理耦合三维CFD数值模型,模拟不同进气组分(O_2、H_2和CO_2)耦合喷油时刻对发动机工作过程的影响机理.研究表明:不同进气组分下,随喷油时刻提前,缸内活性自由基(OH、O)质量分数及其分布区域增大,NO生成量增多.但随喷油时刻过度提前,燃烧始点反而推迟,燃烧放热速率、缸内燃烧压力与温度峰值降低,NO也相应减少;相比其他进气组分,进气掺O_2时缸内O自由基质量分数增大,碳烟(Soot)降低且喷油时刻对其影响较小;进气掺H_2时,缸内燃烧压力和温度峰值最高,OH自由基质量分数及分布区域最大,Soot随喷油定时提前大幅降低;进气掺CO_2时,缸内燃烧压力与温度峰值最低,OH和O活性自由基最少,当喷油时刻提前超过24°CA BTDC时,燃油逐渐喷射到压缩余隙容积形成局部过浓区,C_2H_2和多环芳香烃芘(A_4)生成量增多,Soot排放随喷油定时进一步提前明显升高.     

正丁醇/乙醇-汽油HCCI发动机的低温燃烧与排放特性

在一台单缸4冲程发动机上利用负气门重叠角方法,在转速为1 500,r/min、气门相位与升程不变的情况下,研究了不同掺醇比例下正丁醇-汽油与乙醇-汽油均质充量压缩着火(HCCI)发动机的燃烧与非常规排放特性.结果表明,随着掺醇比例的增加,HCCI发动机的着火时刻提前,燃烧持续期缩短,而且使用正丁醇-汽油时HCCI发动机的着火时刻更早,燃烧持续期更短,但平均指示有效压力(IMEP)呈下降趋势,而且使用正丁醇-汽油时HCCI发动机的IMEP与指示热效率更低.汽油中掺醇均会导致HCCI发动机的甲烷、甲醛、乙醛和乙烯排放增加,但芳香烃排放显著降低,而且在相同掺醇比例下,使用正丁醇-汽油时的甲烷和乙醛排放要低于使用乙醇-汽油时的值,而甲醛、乙烯和芳香烃排放则高于使用乙醇-汽油时的值.此外,在汽油中掺混乙醇,会减少HCCI发动机的丙烯排放,但是在汽油中掺混正丁醇,则会增加HCCI发动机的丙烯排放.