柴油-小桐子掺混油柴油机工作过程及循环变动分析

以柴油和柴油-小桐子掺混油在单缸水冷四冲程柴油机上进行试验,测录了多循环的瞬时气缸压力与高压油管燃油压力,对比分析了不同转速的全负荷工况与标定点转速不同负荷工况,燃用柴油与掺混油的喷油与燃烧过程及燃烧过程中各参数的循环变动.结果发现,喷油率随转速升高而升高;喷油始点随转速升高略微推迟,随负荷增大而提前;掺混油燃烧始点早于柴油,燃烧始点随转速升高延后,随负荷增大而提前,燃烧始点的循环变动量随转速升高而增大;高转速、高负荷时的最高燃烧压力循环变动率较小;掺混油的最大燃烧压力升高率低于柴油,最大压力升高率循环变动率随转速升高、负荷减小而增大.     

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。     

超多喷孔喷油嘴早喷射低温燃烧试验研究

进行了早喷射喷油定时、废气再循环(EGR)率和喷油压力实现低温燃烧降低排放的试验研究。通过缸内压力和燃烧排放数据的采集、处理,分析这些参数对放热规律、滞燃期、燃烧重心、排放等特性的影响。早喷射可以实现低温燃烧,但与晚喷射相比,早喷射的滞燃期稍短,需要更大的EGR率来适当延长滞燃期并降低燃烧温度,最优排放点与原机相比烟度下降了63%,NOx降低了81%,但油耗比原机升高了6%。除了压缩比降低的原因,燃烧始点在上止点前造成的传热损失增大,增大喷油压力和提前喷油会导致燃油喷射到活塞顶面和气缸壁面,以及增大EGR率导致的增压压力和混合气氧气含量下降引起的燃烧效率下降等都可能是油耗升高的原因。早喷射与晚喷射相比,燃烧更稳定,放热率峰值较高,但是早喷射的最大压力升高比较大,甚至会超过2 MPa/(°)。     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。     

喷射参数对二甲醚PPCCI发动机燃烧与排放特性的影响

在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。     

基于废气再循环的丁醇/柴油混合燃料的燃烧特性

在单缸柴油机上研究了柴油掺烧体积分数为40%的丁醇(即B40混合燃料)在不同废气再循环(EGR)和喷油时刻下的燃烧特性.结果表明,在1,400,r/min、平均指示压力为1,MPa时,EGR率增加到某一"拐点"值,最大燃烧压力和指示热效率迅速降低,HC和CO排放明显升高;与纯柴油相比,B40混合燃料"拐点"对应的EGR率更小在"拐点"前的EGR率正常变化范围内,B40混合燃料的最大燃烧压力和压力升高率高于纯柴油,滞燃期更长,放热速率更快,NOx排放略高,而指示热效率稍低于纯柴油.喷油过早,会导致压力升高率显著增大,EGR率正常变化范围变窄;喷油过迟,会造成燃烧重心推迟,指示热效率下降,"拐点"对应的EGR率显著变小.采用适当的喷油时刻,结合中等比例的EGR率,保证燃烧重心在上止点后7°CA附近,可以实现高效低污染的丁醇-柴油混合燃料燃烧.     

基于试验拟合的低速二冲程柴油机放热率经验模型研究

针对某Tier Ⅲ船用低速二冲程柴油机,开展了负荷、EGR率及喷油参数对放热率及其特征参数的影响研究。研究表明:负荷和轨压是影响燃烧始点的主要因素,负荷、轨压升高使燃烧始点提前;轨压升高及喷油正时提前使CA50提前,指示热效率升高;小EGR率对燃烧过程影响不大,EGR率高于26%后会显著推迟CA50,增大燃烧持续期,降低指示热效率。基于实测放热率对三韦伯函数参数进行了研究,获得了多因素对经验放热模型的作用规律,得到了适用于低速机的经验放热率模型。     

废气再循环对二甲醚/甲醇均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在单缸柴油机上进行了冷却废气再循环(EGR)对二甲醚(DME)/甲醇均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。结果表明,EGR对拓宽二甲醚/甲醇HCCI发动机的最大负荷作用不大;随着EGR率增大,主燃烧开始时刻和放热峰值明显后移,主燃烧持续期延长,放热峰值降低。EGR率为25%时的最大爆发压力比没有EGR时降低了近1.3 MPa,最大爆发压力出现的位置推迟了7°CA;EGR率增大,二甲醚/甲醇HCCI发动机的指示热效率升高。对应给定的EGR率,存在一个热效率较高的DME比例区间;HC和CO排放随EGR率的增大而增加,随DME比例的增加而降低,NOx排放接近于零。控制EGR率和DME比例是控制二甲醚/甲醇HCCI发动机燃烧过程、性能和排放的关键。     

柴油机预混合燃烧滞燃期的试验

滞燃期是柴油机预混合燃烧当中一个极为重要的参数.在电控共轨柴油机上进行了EGR率、喷油始点、喷油压力、负荷、转速和进气温度等单一参数对预混合燃烧滞燃期的试验研究.结果表明,名义过量空气系数能够帮助解释各试验参数对柴油机预混合燃烧滞燃期的影响.混合气的温度、压力和混合气中O2浓度影响柴油机预混合燃烧的滞燃期.提高进气温度...     

喷油策略与EGR对柴油机低温燃烧影响试验研究

为研究喷油策略及废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对柴油机低温燃烧特性和排放特性的影响,在一台电控高压共轨柴油机上进行了试验研究。研究结果表明:EGR率的升高提高了进气比热容,降低了缸内最高燃烧压力及缸内平均温度,延长了滞燃期,降低了NOx排放,由于进气氧浓度及碳烟氧化速率的降低,增加了碳烟排放;中小EGR率下,提高喷油压力,加速油气混合程度,可以有效降低碳烟排放;推迟燃烧重心CA50到上止点后7°之后造成燃烧效率降低,扩散燃烧持续期延长,导致碳烟排放升高。     

Cycle-by-cycle variations in a spark ignition engine fueled with natural gas–hydrogen blends combined with EGR

Study of cycle-by-cycle variations in a spark ignition engine fueled with natural gas–hydrogen blends combined with exhaust gas recirculation (EGR) was conducted. The effects of EGR ratio and hydrogen fraction on engine cycle-by-cycle variations are analyzed. The results show that the cylinder peak pressure, the maximum rate of pressure rise and the indicated mean effective pressure decrease and cycle-by-cycle variations increase with the increase of EGR ratio. Interdependency between the above parameters and their corresponding crank angles of cylinder peak pressure is decreased with the increase of EGR ratio. For a given EGR ratio, combustion stability is promoted and cycle-by-cycle variations are decreased with the increase of hydrogen fraction in the fuel blends. Non-linear relationship is presented between the indicated mean effective pressure and EGR ratio. Slight influence of EGR ratio on indicated mean effective pressure is observed at low EGR ratios while large influence of EGR ratio on indicated mean effective pressure is demonstrated at high EGR ratios. The high test engine speed has lower cycle-by-cycle variations due to the enhancement of air flow turbulence and swirls in the cylinder. Increasing hydrogen fraction can maintain low cycle-by-cycle variations at high EGR ratios.     

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EGR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、缸内最高燃烧压力和最高平均燃烧温度均降低,再循环废气的稀释作用和热容效应能够抑制混合气的燃烧。随着点火时刻的提前,燃烧重心(CA50)前移,燃烧持续期缩短,最大压升率、缸内压力和放热率峰值均增大。排温随EGR率的增大和点火时刻的提前而降低。保持空气和燃气进气量不变,EGR率增大至23%,点火时刻提前至-18°能够将原机标定功率提升7.4 kW,有效燃料消耗率降低4 g/(kW·h)。当空气和燃气进气量增加11.6%,EGR率大于19%,点火时刻早于-10.5°时,可将原机标定功率提升36 kW并且将排温控制在760℃以内。     

基于可变气门定时策略的HCCI汽油机试验研究

在电控气口喷射四冲程单缸试验机上,利用特殊设计的小包角配气凸轮,通过负气门重叠角实现了由内部残余废气控制的汽油HCCI燃烧,详细研究了气门定时参数对HCCI燃烧的影响.结果表明,就进排气门定时比较而言,排气门关闭时刻对内部EGR率和负荷的影响更大,而进气门开启时刻对HCCI燃烧的影响相对较小.在进排气门相位对称条件下,随着气门重叠负角的减小,最大压力升高率增加,着火时刻提前,负荷也增大.随着转速的增加,内部EGR率增加,排气温度升高,着火时刻也提前.通过调整气门定时,在不需要进气加热的条件下,可在转速880～4 000 r/min,负荷0.25～0.75 MPa（pIMEP）的范围实现HCCI燃烧.     

柴油机部分均质预混燃烧模式下混合与化学控制参数对指示热效率的影响

基于部分均质预混燃烧(PPC)的柴油机研究开发和优化了一种混合燃烧控制策略,在平均指示压力(IMEP)高达1.1,MPa的负荷范围内实现了高的指示热效率以及超低排放.燃烧过程中的混合与化学控制参数包括了喷油定时、喷油模式(如多脉冲喷射)、增压压力、EGR率以及进气气门关闭定时等,通过优化耦合以上控制参数可以优化控制当量比与温度的变化路径,从而避开NOx与碳烟(Soot)生成区.基于热力学第一定律,通过能量平衡的分析方法研究了混合与化学控制参数对热效率的影响.研究表明,相对于排放而言,热效率受控制参数的影响更加敏感.     

火花点火发动机燃用天然气掺氢混合燃料循环变动研究

在火花点火天然气发动机上开展了不同掺氢比天然气掺氢混合燃料(氢气在混合燃料中的体积分数为0%、12%、23%、30%和40%)循环变动的试验研究,试验工况点对应于发动机中低负荷.分析了掺混氢气对天然气发动机循环变动的影响.研究结果表明:在稀燃条件下,随着掺氧比的增加,缸内最高压力、最大压力升高率以及平均指示压力均增加.随着掺氢比增加,缸内最高压力与其对应的曲轴转角之间和最大压力升高率与其对应的曲轴转角之间的相关性更强.在化学计量比或浓燃时,掺混氢气可以维持平均指示压力的循环变动系数在较低的水平.在稀燃时,平均指示压力的循环变动系数随掺氢比增加而降低.平均指示压力的循环变动系数达到10%所对应的过量空气系数随掺氢比增加而增加,表明天然气掺混氢气扩展了天然气发动机的稳定稀燃极限.     

掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇发动机燃烧和排放的影响

在一台电控共轨发动机上,试验研究了乙醇掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇混合燃料燃烧及排放的影响。结果表明:随乙醇比例的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,最大压力升高率上升。随喷射推迟,滞燃期延长,燃烧相位延后,燃烧持续期在纯二甲醚时延长,而在掺混乙醇时则先延长后缩短,最大压力升高率先下降后上升。掺混乙醇和推迟喷射使预混燃烧比例增加。随喷射推迟,混合燃料的排气温度升高,喷射推迟到上止点后,排气温度随乙醇比例的增加而升高,排气温度高,则废气能量高,增压器增压比大,进气流量大,导致缸内压缩压力升高。在上止点前喷射时,掺混乙醇能使HC和CO排放保持在较低范围的同时,一定程度降低NO_x排放,掺混15%的乙醇较纯二甲醚最大降低约11%NO_x排放。随推迟喷射,NO_x排放降低,最大降幅达52%,在过分推迟燃料喷射时,因热效率低,循环喷射量增加,含15%乙醇混合燃料的NO_x排放会高于纯二甲醚。HC和CO排放随喷射推迟而升高,且升高幅度增大。     

喷油定时对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响研究

柴油机低温预混合燃烧能够同时大幅度降低NOx和碳烟(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)实现低温燃烧来降低NOx排放,采用超多喷孔喷油嘴并结合高压喷射来缩短喷油持续期,实现预混合燃烧从而降低soot排放,主要对喷油定时如何影响柴油机超多喷孔预混合燃烧性能进行了试验研究,选定4个试验工况,通过改变喷油定时来测试柴油机性能,结果显示随着喷油始点从上止点前向后推迟,各工况的NOx和soot排放都有不同程度的同时下降,有别于传统燃烧方式,但HC,CO,比油耗(BSFC)有所升高。     

Performance and emissions of a supercharged dual-fuel engine fueled by hydrogen-rich coke oven gas

This study investigated the engine performance and emissions of a supercharged dual-fuel engine fueled by hydrogen-rich coke oven gas and ignited by a pilot amount of diesel fuel. The engine was tested for use as a cogeneration engine, so power output while maintaining a reasonable thermal efficiency was important. Experiments were carried out at a constant pilot injection pressure and pilot quantity for different fuel-air equivalence ratios and at various injection timings without and with exhaust gas recirculation (EGR). The experimental strategy was to optimize the injection timing to maximize engine power at different fuel-air equivalence ratios without knocking and within the limit of the maximum cylinder pressure. The engine was tested first without EGR condition up to the maximum possible fuel-air equivalence ratio of 0.65. A maximum indicated mean effective pressure (IMEP) of 1425 kPa and a thermal efficiency of 39% were obtained. However, the nitrogen oxides (NOx) emissions were high. A simulated EGR up to 50% was then performed to obtain lower NOx emissions. The maximum reduction of NOx was 60% or more maintaining the similar levels of IMEP and thermal efficiency. Two-stage combustion was obtained; this is an indicator of maximum power output conditions and a precursor of knocking combustion.     

Numerical study of EGR effects on reducing the pressure rise rate of HCCI engine combustion

The effects of the inert components of exhaust gas recirculation (EGR) gas on reducing the pressure rise rate of homogeneous charge compression ignition engine combustion were investigated numerically by utilizing the CHEMKIN II package and its SENKIN code, as well as Curran’s dimethyl ether reaction scheme. Calculations were conducted under constant volume combustion and engine combustion (one compression and one expansion only, respectively) conditions. Results show that with constant fuel amount and initial temperature and pressure, as EGR ratio increases, combustion timings are retarded and the duration of thermal ignition preparation extends non-linearly; peak values of pressure, pressure rising rate (PRR), and temperature decrease; and peak values of heat release rate in both low temperature heat release (LTHR) and high temperature heat release decrease. Moreover, maximum PRR decreases as CA50 is retarded. With constant fuel amount, mixtures with different EGR ratios can obtain the same CA50 by adjusting the initial temperature. Under the same CA50, as EGR ratio increases, the LTHR timing is advanced and the duration of thermal ignition preparation is extended. Maximum PRR is almost constant with the fixed CA50 despite the change in EGR ratio, indicating that the influence of EGR dilution on chemical reaction rate is offset by other factors. Further investigation on the mechanism of this phenomenon is needed.