天然气制油/柴油混合燃料对小型柴油机燃烧特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统,研究了GTL(Gas to liquid)添加比例对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下燃烧特性的影响规律。结果表明:在稳态和恒转速增转矩瞬态工况下,GTL添加比例对燃烧参数的影响具有基本相同的规律,随着GTL燃料添加比例的增加,着火始点提前,滞燃期缩短,预混合燃烧期和预混合燃烧量减小,缸内压力峰值、放热率峰值、燃烧温度有所降低,有利于降低NOx的排放量和燃烧噪声。当添加少量GTL燃料时,燃烧持续期延长,随着GTL添加比例的增加,燃烧持续期有所缩短。100%GTL燃料的燃烧持续期与柴油相当。     

燃料十六烷值对小型柴油机排放特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统,试验研究了燃料着火性对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下排放特性的影响规律。研究结果表明:在稳态工况下,随着燃料十六烷值的增大,滞燃期缩短,HC、NOx排放降低,消光烟度增加;在恒转速增转矩瞬态工况,随着十六烷值的增大,烟度排放恶化,NOx排放降低。综合考虑消光烟度和NOx排放,存在一个最佳十六烷值。对于排气烟度,燃料十六烷值存在2个界限,当十六烷值小于50或大于60时,对消光烟度影响明显加剧。     

燃料着火性对增压中冷柴油机瞬态工况排放的影响

应用自行开发的瞬态工况控制系统及排气采集装置,试验研究了不同着火性的燃料对车用增压中冷柴油机瞬态工况下排放特性的影响。研究结果表明,适当提高燃料十六烷值可有效降低HC和NOx排放。在稳态工况下,十六烷值由40增加到66时,在1800 r/min低负荷工况下HC排放降低62%;对于CO排放及消光烟度,十六烷值存在一个最佳值。瞬态工况排放与稳态工况存在明显差异,在恒转速增负荷工况下,随着负荷的增加,HC和CO排放及烟度迅速上升,然后降低趋于一稳定值,且随着瞬变率的增大,CO排放和消光烟度峰值上升;增加燃料十六烷值,可明显降低中等转速增负荷工况下的CO和HC排放及消光烟度;在高速增负荷工况下,十六烷值为66和55,燃料的排气烟度基本相近。     

燃料挥发性对高压共轨柴油机微粒排放粒度分布的影响

试验研究了燃料挥发性对高压共轨柴油机微粒排放的影响,分析了不同负荷工况下微粒排放粒度分布特征。结果表明:改善燃料挥发性将使中小负荷工况核态微粒数量浓度增加,有利于降低大负荷工况微粒排放数量及质量浓度,燃料挥发性对于积聚态微粒影响较小。对于不同挥发性的燃料,核态微粒数量浓度均在当量比为0.4的中等负荷工况下最大。中小负荷工况下,对于挥发性较差的基础燃料,添加少量易挥发性成分后,核态微粒数量浓度急剧上升。但在中等负荷工况下,随添加比例的增大,挥发性进一步改善的燃料,核态微粒及总微粒数量浓度均有所降低,且积聚态微粒数量浓度变化不大。在大负荷工况下,中等挥发性的燃料(中均沸点为263℃)核态微粒和总微粒数量浓度最高,而挥发性好的燃料(中均沸点为244℃)核态微粒和总微粒数量浓度最低。     

铁基燃油添加剂对柴油机微粒排放的影响

在低硫(w(S)=30×10-6)柴油中直接添加微量的铁基添加剂,通过发动机台架试验研究了铁基添加剂对柴油机性能、气体排放、微粒数量浓度及其粒度分布的影响。研究结果表明:采用铁基添加剂时,发动机动力性稍有提高,燃油消耗率略有下降,CO、HC和NOx排放有降低趋势。铁基添加剂能够显著提高总微粒数量浓度,尤其是核态微粒排放,试验工况下加剂柴油的核态微粒数比例均高于纯柴油,基本上都大于90%。此外,除了高速工况,燃油添加剂的使用降低了积聚态微粒排放。     

微粒捕集器对高压共轨柴油机超细微粒捕集特性

针对高压共轨柴油机试验研究了不同转速及燃料种类下带催化剂涂层的微粒捕集器(DPF)安装前后的微粒粒度分布特征,分析了PDF对于不同粒径超细微粒捕集效率的影响规律。研究结果表明:燃用石化柴油和生物柴油(BTL)时,DPF安装前后微粒数量浓度分布曲线均呈双峰结构;DPF对微粒的捕集效率与发动机的转速及粒度分布特征相关,其对核态及超细微粒的捕集效果较好;中、小负荷工况下,DPF对超细微粒的捕集效率均达75%以上,随转速、负荷增加,对不同模态微粒的捕集效率降低,同时高捕集效率所对应的微粒粒径减小;与石化柴油相比,发动机燃用BTL时排气微粒中核态微粒所占比例较大,DPF具有较高的微粒捕集效率,尤其在大负荷工况下捕集效率明显高于石化柴油。     

柴油机瞬变工况喷射参数及田口法协同优化对微粒排放的影响

为研究发动机“恒转增扭”瞬变工况下的微粒排放特性及优化方法,以车用2.8 L增压柴油机为研究对象,首先研究了单因素喷射参数对柴油机瞬态加载工况微粒排放的影响;随后设计了田口正交试验,给出以微粒数量及质量为输出指标的最优控制参数组合,并确定了各控制参数的影响权重。结果表明：在瞬变加载过程中,小尺寸核态颗粒物数量浓度恶化明显,大尺寸聚集态颗粒物质量浓度显著恶化;适当地将主喷时刻提前、增大轨压以及引入恰当的后喷可降低微粒排放;同时,控制参数对核态和聚集态微粒的影响存在Trade-off关系,对微粒排放影响权重相对较大的均为喷油时刻的影响,即喷油正时和主后喷间隔。     

一种测量变工况下内燃机污染物排放的方法

内燃机变工况下排气污染物测量所需的瞬态测功机,价格昂贵、使用复杂,制约着对内燃机变工况的研究。为解决该问题,开发了一种基于普通电涡流测功机和常规仪器设备的内燃机变工况下污染物排放测试系统,并针对车用内燃机面工况运行的特点,设计了几种适合该系统需要的变工况过程,如恒转速加转矩、恒转速减转矩、恒转矩加转速和恒转矩减转速的变工况过程.用该测试系统对6110直喷式柴油机变工况下的污染物排放进行了测量,结果表现出较好的规律性,说明该测试方法可以满足车用内燃机变工况下污染物排放的试验研究要求.     

丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及微粒排放特征的影响

在一台高压共轨增压中冷四缸柴油机上试验研究了不同工况下,不同掺混比例的丁醇/柴油混合燃料对发动机燃烧及微粒排放特征的影响。结果表明:随着丁醇掺混比的增加,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧相位滞后,且小负荷工况下的影响更为明显。丁醇/柴油混合燃料可在不增加NOx排放的前提下,显著降低排气烟度及微粒排放,但指示热效率较纯柴油略有降低。发动机燃用丁醇/柴油混合燃料的微粒排放绝大多数为超细微粒,比例超过99%;随着丁醇比例的增大,发动机各粒径段微粒数量浓度均有所下降,大负荷工况更为明显。废气再循环(EGR)的引入使得积聚态微粒和总微粒数量浓度明显增加,丁醇的加入使得混合燃料对EGR的耐受性增强。丁醇/柴油混合燃料结合EGR策略可同时降低发动机的NOx和微粒排放。     

燃料特性对小型压燃式发动机增负荷工况燃烧及HC排放的影响

应用自行开发的瞬态工况控制系统及排气采集装置,研究了具有不同理化特性的燃料对小型压燃式发动机冷态突增负荷工况下燃烧及 HC排放特性的影响;利用气相色谱仪分析了HC的排放成分。研究结果表明:对于普通柴油燃料,在突增负荷工况下,燃油开始增加后,总碳氢HCt 排放浓度急剧增加,最大值达到稳态工况的 100 倍左右。随循环数的增加,滞燃期缩短,HC排放逐渐降低。采用具有相同十六烷值、挥发性好的燃料,可有效改善冷态增负荷工况下的燃烧,降低HC排放。与燃烧柴油相比,采用挥发性好的正庚烷和 GTL燃料,HCt排放降低约80%。     

Overall efficiency optimization of controllable mechanical turbo-compounding system for heavy duty diesel engines

A controllable mechanical turbo-compounding (CMTC) system including continuously variable transmission (CVT) and power turbine bypass valve is proposed to recover waste heat from engine exhaust. The combined matching principle considering swallowing capacity of both charging turbine and power turbine, main gear ratio is investigated at first based on the analysis of individual influence. Then the effects and strategies of CVT and power turbine bypass valve are studied for better performance under off-design conditions. At last, the transient response of intake pressure of engine with CMTC system is researched and the fuel saving potential is tested under driving cycle conditions. The results indicate that the overall fuel efficiency elevates at the off-design conditions if CVT is adopted due to the improvement of power turbine operating efficiency by speed modulation. The diversion of exhaust through power turbine bypass valve under the low load condition is necessary. The back pressure of the charging turbine infuences the transient response of intake pressure for a fixed CMTC configuration. A method featured by the assistance of power turbine bypass valve is tested to improve the transient response of the intake pressure. The fuel consumption reduces by 2% and 3.4% under highway fuel economy test (HWFET) and Tianjin 503 (TJ503) driving cycles respectively.     

金属带式无级变速传动系统与发动机的匹配及其控制策略

建立了发动机燃油经济性模型,并在此基础上研究了发动机与无级变速传动系统的匹配策略,确定了发动机的目标转速与车速的关系。以实现汽车瞬态过程的动力性和稳态过程的经济性为依据,确定了综合控制策略。改进后的综合控制策略弥补了最佳燃油经济性控制策略的不足,提高了瞬态工况的动力性能,同时保持了稳定状态下系统的燃油经济性,改善了系统的性能。     

直喷式柴油机起动过程排放历程分析

柴油机冷机起动排放高于热机起动,为了分析其排放的变化历程及形成原因,利用瞬时转速及燃烧测试系统,在直喷式柴油机上进行了冷机与热机起动对比试验。试验结果表明,冷机起动整个过程中供油量较高,导致冷机起动总体排放量比热机高。冷机起动初始期失火循环和燃烧不完全循环以及过渡期滞后燃烧循环较多,导致这两个阶段的HC和CO排放明显升高。降低起动供油量,减少在起动初始期和过渡期产生的不完全燃烧和失火循环,是降低柴油机起动过程排放、进行燃烧过程优化控制的重点。     

混合动力汽车发动机快速起动瞬态燃烧和碳氢排放

介绍了用于混合动力汽车动力系统的发动机快速起动模拟试验台架系统和相关试验。针对一台进气道喷射式汽油机,模拟起动/发电一体化电机,研究在不同拖动转速下快速起动过程的瞬态特性和排放特性。试验结果表明:发动机在快速起动情况下,瞬态特性突出;随着拖动转速升高,进气歧管压力降低,对应的喷油策略也应随之调整;在发动机起动后的第2到第9循环,容易发生不完全燃烧和失火,并随着拖动转速升高,不完全燃烧程度增加,导致碳氢排放过高。在不同拖动转速下,三效催化剂都不能高效转化碳氢排放,但转化效率存在差异。随着拖动转速升高,催化剂的转化效率先降低后又升高。从优化排放角度来看,在本文试验条件下,快速拖动至1000 r/min起动时,使用催化剂后排放最低。     

增压器对车用柴油机瞬态工况下排气烟度的影响

为了改善车用柴油机瞬态工况烟度排放性能,试验研究了两种不同设计参数的增压器GT35和TBP4对柴油机排气烟度的影响。结果表明:增压器设计参数对柴油机瞬态进气响应及排气烟度有明显的影响。在低转速增转矩和大负荷增转速瞬态工况下,匹配增压器GT35可以大幅度降低柴油机的排气烟度。在其它恒转矩增转速瞬态工况下,增压器GT35所对应的排气烟度也要略好于增压器TBP4。在高转速全负荷工况下,增压器GT35所对应的空燃比、转矩和燃油消耗率等参数指标都劣于增压器TBP4。     

汽油发动机瞬态工况油膜参数辨识的研究

以四冲程汽油发动机为研究对象建立瞬态工况下油膜模型,用最小二乘递推算法对油膜参数进行辨识计算研究;建立了发动机空燃比的仿真模型。将辨识结果模型进行某瞬态工况空燃比仿真,并和实际发动机试验采集的空燃比进行对比。结果表明,最小二乘递推算法所辨识的油膜参数精确度较高,能满足实际控制要求,证明该辨识算法辨识油膜参数的实用性。     

Investigation of the combustion deterioration of an automotive diesel engine under transient operation

With increasingly stringent emission regulations and demand for fuel economy by the public,the combustion and emission problems of automotive diesel engines during transient operation have become vital and urgent issues.In this study,combustion deterioration has been experimentally analyzed using a heavy-duty turbocharged diesel engine running under transient conditions(constant speed and increasing torque).Optimization of the transient combustion process was performed by adjusting the fuel injection parameters.The results indicated that the notable combustion deterioration relative to steady state operation while transient was a function of the delay in the air-supply to the turbocharged engine,and took the form of combustion phasing delay,resulting in rapidly increasing smoke emission and fuel consumption.However,the delay in combustion phasing can be controlled by advancing the fuel injection timing,effectively increasing thermal efficiency.Unfortunately,smoke and NO x emissions increased at the same time.The deterioration in combustion phasing can also be improved by increasing injection pressure,resulting in decreased smoke emission while NO x emission increased.It is worth noting that the effective thermal efficiency first increased and then decreased as fuel injection pressure increased during transient operation.