进气参数及燃烧室结构对LNG发动机排放性能的影响

以L23/30A发动机为研究对象,研究了不同进气参数及不同燃烧室几何形状对缸内燃烧特性对柴油机性能及排放的影响。研究结果表明:随着进气压力的增大和燃烧室过渡圆深度的加深,缸内挤流作用加强,油气混合均匀,缸内燃烧充分,降低了soot及NO_x的生成;减小燃烧室的缩口直径及提高进气温度,缸内湍流分层严重,滞缓了缸内涡团的破碎与聚合,局部油气分布过浓燃烧不完全,导致局部温度、压力过高,诱发燃烧过程中soot及NO_x的生成。因此,在加深燃烧室过渡圆深度的前提下,通过提高低温燃烧的进气压力,可以改善发动机的燃烧特性。     

进气加湿对船用柴油机燃烧和排放的影响

运用CFD数值模拟软件AVL Fire建立了船用柴油机燃烧过程模型,研究不同相对湿度的进气成分对船用柴油机燃烧和排放特性的影响,并着重研究对NO_x和碳烟排放的影响规律和作用机理.结果表明:随着进气加湿率的增加,缸内压力和燃烧温度均有降低;当加湿率达到100%,时,峰值压力相比进气为干空气时下降0.67,MPa,最高燃烧温度下降220,K;滞燃期和燃烧持续期延长,预混燃烧比例增多;燃烧重心CA50向后偏移,燃烧定容度和热效率下降.NO_x排放不断减少,燃烧火焰温度的降低和水蒸气对富氧区的稀释是NO_x排放下降的主要原因;碳烟排放随着加湿率的增加不断恶化,进气加湿虽然可以促进油气混合、抑制碳烟生成,OH基团加速碳烟前驱物的氧化,但加湿后氧气质量分数的减少和燃烧温度的降低导致碳烟后期氧化能力严重减弱.     

进气参数对LNG发动机燃烧及排放特性的影响

应用FIRE软件对L23/30A型号的LNG双燃料柴油机缸内燃烧过程进行数值模拟。通过改变进气参数,分析缸内燃烧过程的压力、温度、流场的分布变化对燃烧及排放特性的影响。研究结果表明:进气温度、压力的增大提高了缸内的紊流强度,改善油气混合和燃烧过程;采用较高的进气压力使缸内平均温度下降,平均压力上升,有效降低了NOx排放;对于进气温度,缸内温度和压力的变化与进气压力截然相反,且增加排放量。     

中冷后进气温度对国六柴油机NO_x排放的影响

为研究中冷后进气温度对国六柴油机NO_x排放的影响,对中冷后进气温度与柴油机缸内燃烧温度和NO_x浓度关系进行理论模拟和台架试验研究。模拟结果表明,柴油机缸内最高燃烧温度和涡轮后排气温度都随着中冷后进气温度的升高而升高;台架试验结果表明,提高中冷后进气温度有助于降低世界统一瞬态测试循环(world harmonized transient cycle,WHTC)废气中NO_x的体积分数;一级中冷系统和二级中冷系统对WHTC瞬态循环中冷后气温的冷却效果对比表明,采用二级中冷系统能够较好地保证试验结果的一致性和有效性。     

EGR率对船用柴油机中低负荷燃烧排放性能影响的仿真及试验研究

在船用高压共轨柴油机TBD234V6上进行了中低负荷工况下EGR率对柴油机燃烧排放性能影响的试验研究。应用AVL-FIRE软件建模,对柴油机缸内燃烧过程进行CFD仿真分析。仿真和试验研究结果表明:中低负荷工况下采用EGR能够有效降低NO_x的排放。EGR率较小时,对柴油机的性能影响较小;当EGR率较大时,柴油机的工作性能恶化,soot排放迅速增多。特定工况下的CFD模拟结果显示:随着EGR率的增加,燃烧过程的最高压力和最高温度降低,放热速率减小,燃烧过程变得平缓。     

配气正时对中速柴油机NO_x排放影响

本文采用数值仿真软件建立船用8340型中速柴油机燃烧室有限元模型,并对其进行了验证。在该模型基础上,针对进气正时对充量系数、缸内温度、压力及NO_x排放的影响进行计算研究并初步研究米勒循环对NO_x排放影响。结果表明:进气正时提前,缸内充量系数增大,最大爆发压力升高,可提高发动机动力性能,但NO_x排放也会随之增加;米勒循环的使用能有效降低柴油机NO_x排放。     

氧体积分数对低十六烷值混合燃料燃烧特性影响

在一台转速为1 600,r/min、喷油量为21,mg/cyc的4缸增压直喷式柴油机上,进行不同进气氧体积分数对正丁醇/汽油/柴油混合燃料低温燃烧方式燃烧和排放性能影响的试验.结果表明:对于纯柴油和掺混30%,汽油、30%,正丁醇和15%,正丁醇+15%,汽油的混合燃料,降低进气氧体积分数,缸内压力和缸内平均温度迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,当量燃油消耗率增加,NO_x排放大幅降低,CO排放增加.在进气氧体积分数较高(大于19%,)时,碳烟(soot)排放变化较小,进一步降低进气氧体积分数,soot排放急剧增加.在相同的进气氧体积分数下,掺混30%,汽油、15%,正丁醇+15%,汽油和30%,正丁醇的混合燃料与纯柴油相比,放热率峰值依次升高,滞燃期依次延长,NO_x排放无明显变化,CO排放增加,而soot排放大幅度降低.     

富氧下甲醇发动机冷起动燃烧及非法规排放

在一台经过1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过模拟计算分析了进气氧质量分数对缸内直喷点燃式甲醇发动机冷起动首循环燃烧、甲醛及未燃甲醇非法规排放的影响.模拟结果表明:在冷启动工况下,提高进气氧质量分数能够有效提高活性基团OH、O和H的摩尔浓度,从而促进甲醇燃烧"链式"反应,加快甲醇燃烧速度,降低缸内未燃甲醇质量分数;当进气氧质量分数由0.21增加到0.36时,由于后燃现象导致缸内燃烧温度增大;随着进气氧质量分数进一步的增大,导致后燃现象减小,从而降低了缸内的燃烧温度;随着进气氧质量分数的增大,缸内的燃烧中间产物甲醛的质量分数增加,当进气氧质量分数增大到0.36时,此时缸内的燃烧温度达到最高点,从而能够很好地促进甲醛的氧化,最终使得缸内甲醛质量分数有所降低.     

进气氧浓度和喷油正时对柴油机低温燃烧特性影响的试验研究

在一台四缸增压直喷式柴油机上进行不同进气氧浓度和喷油正时对柴油燃料低温燃烧特性影响的试验研究。研究结果表明:降低进气氧浓度,缸内压力和放热率峰值迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,有效燃油消耗率增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低,CO排放增加。当进气氧浓度较高时,碳烟排放变化较小,而随着进气氧浓度的进一步下降,碳烟排放急速增加。在相同的进气氧浓度下,随着喷油正时的提前,滞燃期先减小后增大,CA50逐渐向上止点靠近,最大压力升高率增大,燃油消耗率下降,NO_x和碳烟排放增大,CO排放减小。     

柴油机低氮燃烧及排放性能研究

大量研究均通过缸内或进气道喷水、废气再循环(EGR)、替代新能源等技术来减少柴油机氮氧化物(NO_x)排放,但均都是通过降低缸内燃烧温度控制NO_x生成,都需以牺牲柴油机的经济性为代价,难以突破NO_x-C排放瓶颈。基于柴油机燃烧化学反应机理,NO_x的生成主要来源于进气中的氮气(N2),提出通过控制柴油机燃烧室内氮气的含量来控制柴油机NO_x排放。以高浓度氧气(O_2)和二氧化碳(CO_2)作为4135ACa柴油机进气,减少进气中N2成分,研究柴油机燃烧和排放性能。试验结果表明:进气中N2比例大于50%时,无论如何调节O_2与CO_2比例,均难以突破柴油机NO_x-C排放瓶颈;最终以无N2进气(50%O_250%CO_2)实现柴油机的稳定运转,实现NO_x的最低排放,排放值接近零。     

高原环境下进排气节流对柴油机性能的影响

为了研究高原环境下进排气节流对柴油机性能的影响,基于高原环境,对一台废气涡轮增压柴油机进行了台架试验,分别研究了进气节流和排气节流对柴油机进气量、燃烧、排气温度、排放、油耗的影响。结果表明：采用进气节流、排气节流均会使柴油机进气量降低,缸内最高压力降低,最大燃烧放热率增大,缸内燃烧温度上升,排气温度升高,排放增加,油耗上升。但随着转速的增加,进气节流与排气节流的影响趋势却有所差异。在柴油机转矩为50 N·m,转速为1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min的3个工况下,进气压力降低25 k Pa时,排气温度分别提升75℃、60℃、52℃,NOx排放分别增加160×10^-6、140×10^-6、114×10^-6,烟度分别增加0.079 FSN、0.062 FSN、0.052 FSN,比油耗分别增加4.4 g/（k W·h）、5.5 g/（k W·h）、7.4 g/（k W·h）;而排气背压升高25 k Pa,排气温度分别提升35℃、50℃、62℃,NOx排放分别增加67×10^-6     

不同海拔下国Ⅴ柴油机的性能和排放

对一台满足国Ⅴ排放要求的柴油机,分别在1 700m、2 200m、3 000m海拔高度下采用可移动式发动机台架和车载设备,进行了高原实地的排放测试。原机测试结果表明,随着海拔的升高,缸内进气量减少,燃烧恶化,最高燃烧压力下降,比油耗增加,CO排放升高,NO_x排放下降;海拔的升高对尾气排放具有降低氧含量和提高燃烧温度的双重作用,其中降低氧含量对高海拔排放的影响更大。采用后处理装置后,NO_x排放虽有所下降,但由于发动机企业出于成本考虑减少尿素喷射量,使NO_x排放仍超出国Ⅴ法规限值。     

柴油机NO_x排放对进气湿度的敏感性问题研究

为了研究稳定工况下柴油机的NO_x排放量与进气状态的关系,利用Minitab软件对欧洲稳态测试循环(European steady state cycle,ESC)中A、B、C转速的3个外特性点在不同湿度下NO_x的排放结果进行回归分析和线性拟合,定量分析柴油机NO_x排放对进气湿度的敏感性,探究在试验中通过合理地控制进气湿度以获得具有代表性的NO_x排放结果。NO_x最终排放结果虽然经过温湿度校正因子K_(H.D)的修正,但试验结果表明校正因子的修正作用有限。结果表明,NO_x排放和进气湿度两者之间呈现显著的负相关线性特性。     

柴油机PN及NO_x排放特性影响因素的研究

为了研究柴油机颗粒数(PN)及NO_x排放特性的影响因素、程度和规律,以1台12 L车用重型柴油机为研究对象,分析了柴油机转速、扭矩、轨压、喷油提前角、中冷后进气压力和温度分别对PN和NO_x排放特性的影响规律。结果表明:在扭矩、轨压和喷油提前角一定的情况下,随着柴油机转速增大,PN排放逐渐增大,而NO_x比排放呈大幅下降趋势;在转速和轨压一定的条件下,随柴油机扭矩增大,PN排放先下降后上升,在1 400 N·m时出现拐点,而NO_x比排放逐渐减小;轨压、喷油提前角、中冷后进气压力和温度对PN排放和NO_x排放均有较大影响。     

高功率密度柴油机的喷油时刻对燃烧排放的研究

运用AVL FIRE软件,建立某台单缸高功率密度柴油机模型,研究喷油时刻对该柴油机燃烧排放的影响规律,并用柴油机台架试验验证模型的合理性。着重仿真分析了不同喷油时刻对柴油机缸内压力、温度、放热率、功率、燃油消耗率以及排放的影响。分析结果表明:喷油时刻每提前3°曲轴转角,缸内压力和温度分别升高6.55%和2.8%;放热速率快,放热相对集中;NO_x排放增加,碳烟排放降低;功率下降,燃油消耗率升高;当喷油时刻为上止点前16°曲轴转角时,NO_x和碳烟排放都能满足排放法规要求,且动力性和经济性能较好。     

进气温度对汽油直喷压燃发动机燃烧及排放性能影响的试验

通过一台改装的单缸直喷式柴油机,在不同进气温度条件下实现汽油直喷压燃(GCI)燃烧方式的燃烧特性、工况范围以及排放特性的试验.结果表明:在进气温度为323 K时,汽油GCI燃烧方式即可实现稳定运转,燃烧表现为单阶段放热,整体放热集中,燃烧持续期短;在保持过量空气系数一定、发动机正常运转条件下,随着进气温度提高,着火时刻提前,最高爆发压力和峰值放热率均升高,指示热效率提高,HC和CO排放降低,NO排放升高;同一进气温度下,随着过量空气系数的增大,缸内混合气变稀,平均指示压力减小,指示热效率减小,CO排放先升高后降低,HC排放显著增大,NO排放减小;进气温度对汽油GCI燃烧方式正常工况范围影响很大,随着进气温度升高,负荷上限和下限均明显下降,表明进气温度是向小负荷范围拓展的重要边界条件.     

缸内温度对柴油均质燃烧NOx排放影响的试验研究

采用在进气上止点附近进行燃油喷射,通过缸内高温残余废气促进燃油蒸发混合的方法,在单缸135柴油机上实现了柴油燃料的均质压燃(HCCI).对HCCI燃烧的燃烧特性和排放特性进行了测试分析,根据实测示功图计算了HCCI燃烧缸内温度,分析了其对NOx排放的影响,当缸内温度超过1700K时,将使HCCI燃烧的NOx排放显著增长.     

喷油提前角对柴油机燃烧特性的影响分析

应用三维流体数值分析软件AVL FIRE,建立了柴油机燃烧计算模型,研究了喷油提前角对压力、温度、速度场和放热率的影响及对NO_x和炭烟生成的影响。仿真结果表明,随着喷油提前角的增大,缸内最高燃烧压力和温度不断升高,燃烧初期的放热速率比较高,放热规律相对集中,NO_x生成增加,炭烟生成减少。该研究对柴油机喷油参数的优化,具有理论指导意义。     

改进供油系统 降低柴油机排放

1997年4月17日～30日日本日产柴油机技术研究所所长林裕先生应邀来锡进行技术指导。今将有关改进供油系统、降低柴油机排放的内容整理成文,供同行们参考。 1 柴油机排放产生机理 柴油机排气中的氮氧化物(NO_x)是燃油在高温高压下燃烧生成的。温度对NO_x形成影响很大。燃烧温度超过2000℃时,NO_x急     

轻型柴油机SCR反应特性研究

本文通过发动机台架试验,研究了某中轻型柴油机SCR后处理效率相关的影响因素。试验结果表明:中轻型柴油机排放范围内,空速对NO_x转化效率影响不大。NO_x转化效率随排气温度升高而增大。当SCR入口温度达到350℃时,效率达到最大。反应速度随温度升高而升高。