内燃机燃烧研究的新进展

2004年后对NOx排放的要求更加严格，采用以下两种措施望达到法规要求。一种是使用NOx后处理器，另一种是改变柴油机扩散燃烧过程。本文介绍了柴油机燃烧过程研究的新近展，包括均匀充量压缩燃烧（HCCI）、可控自燃（CAI）、预混合稀气燃烧（PREDIC）的调谐动力（MK）等燃烧模式。     

混合气的氧燃比和温度对富氧燃烧柴油机PAH、碳烟和NO_x排放和燃烧路径的影响

构建了包含PAH和NOx反应的正庚烷氧化反应动力学详细组合模型,并对其进行了验证.以该组合模型为基础,开展了混合气的氧燃比(R)和温度(T)对富氧燃烧柴油机排放和燃烧路径影响的理论计算工作.结果表明,所构建的组合模型是可信的,可以用来对柴油机的燃烧和排放特性进行预测.富氧燃烧柴油机有害排放物PAH、碳烟和NOx受混合气的氧燃比和温度的影响显著,其生成规律在R-T图中呈"半岛"型分布.在R-T图中,富氧柴油机的燃烧路径有别于传统柴油机,导致其PAH和碳烟排放降低,而NOx排放增加.最后,为了降低富氧燃烧柴油机的NOx排放,提出了两种富氧燃烧路径的控制策略.     

基于EGR技术的国Ⅳ重型柴油机燃烧系统开发

在一台电控重型柴油机上进行了基于EGR技术的燃烧系统开发研究,组建了基于WGT增压器的电控高压EGR系统,研究了燃烧室、喷油器、增压器、EGR率及喷油参数等对柴油机性能和排放的影响,确定了最终的重型柴油机国IV燃烧系统优化方案.结果表明:通过优化匹配燃烧室和增压器并采用孔径较小的多孔喷油器能显著改善柴油机NOx和烟度之间的折衷关系;小负荷时,推迟喷油可以使NOx在降低较多的情况下烟度略有下降;随着EGR率增加,提高喷油压力与推迟喷油相结合,可以同时降低大负荷的NOx和烟度排放,并能改善燃油经济性.ESC循环测试结果表明,通过对燃烧系统、EGR和喷油控制参数的综合优化,在不采用后处理器的情况下,柴油机各气体排放(NOx、HC和CO)及微粒(PM)均达到国Ⅳ排放标准,十三工况加权油耗率与原机基本相当.     

信息动态

(续上期)第24届国际内燃机会议论文标题报道(柴油机与气体燃料发动机部分)1.4.2降低排放a.从船级社的观点看海事空气污染防治法规(H.J.Goetze)b.船用燃油燃烧的NOx排放(K.Takasaki等)c.利用海水电解来降低NOx和SOx的柴油机排放控制系统(H.S,Kim等)d.低速船用柴油机NOx排放的预防性监控系统(L.Goldsworthy)e.采用新型后处理工艺的柴油机颗粒清净技术(S.Rajan)f.为提高效率降低排放而探索新型柴油机燃烧工况(R.Wagner)g.采用缸内催化和排气催化的柴油机排放控制(R.Senthil)h.使用高强度APSx射线测量燃油喷雾量(S.Ciatti)i.ZrO2型…     

EGR对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响的研究(下)

为了在柴油机上实现预混合燃烧同时降低NOx和烟度(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)在一台车用六缸柴油机上进行试验研究.大量EGR可以降低NOx排放,但会引起soot排放的增加,为了消除这一不利后果,采用具有大流通面积的超多喷孔油嘴,并结合使用电控高压共轨燃油喷射系统实现高压喷射,缩短喷射持续期从而实现预混合燃烧,降低soot排放.对EGR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EGR率来测试柴油机性能.结果显示在高EGR率,并结合超多喷孔油嘴,以及合适的喷射压力、喷油始点下.有利于柴油机实现预混合燃烧,达到同时降低NOx和soot排放的目的.     

EGR对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响的研究(上)

为了在柴油机上实现预混合燃烧同时降低NOx和烟度(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)在一台车用六缸柴油机上进行试验研究.大量EGR可以降低NOx排放,但会引起soot排放的增加,为了消除这一不利后果,采用具有大流通面积的超多喷孔油嘴,并结合使用电控高压共轨燃油喷射系统实现高压喷射,缩短喷射持续期从而实现预混合燃烧,降低soot排放.对EGR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EGR率来测试柴油机性能.结果显示在高EGR率,并结合超多喷孔油嘴,以及合适的喷射压力、喷油始点下,有利于柴油机实现预混合燃烧,达到同时降低NOx和soot排放的目的.     

柴油机TR燃烧系统的设计与试验研究

通过比较HCCI燃烧和预混合近似等压燃烧理论,设计出了以“快速低压喷射、快速混合气形成和快速燃烧”为特征的柴油机TR(three rapidity)燃烧系统.该系统采用带中心喷孔的多孔喷油器,燃烧室四周壁面上设有导向圆弧,底部带有平顶凸台.另外,在一台 135单缸柴油机上对新系统进行了试验研究.结果表明,在与原机相同的供油提前角下,新系统满负荷工况下的油耗率降低 1600左右,波许烟度值降低 8000,NOx浓度有所增加.进一步推迟供油后,波许烟度值有所上升,NOx迅速降低.供油提前角为 13°CABTDC时,烟度值和NOx浓度都比较低.     

排气再循环对柴油机性能影响的计算研究

本文就柴油机采用排气再循环(EGR)对其性能的影响进行了计算机预测研究.结果表明,柴油机采用EGR后,由于废气的引入,使柴油机的平均有效压力、输出功率和有效热效率随着EGR率的增加而降低.同时,也使燃烧温度和压力降低,从而有利于抑制NOx的产生.     

降低直喷式柴油机NO_x排放的试验研究

未来柴油机要求更高的功率强度和更低的燃油消耗率．同时还必须满足更严格的排放法规。NOx排放是直喷式柴油机排放中最受关注的部分,且它的降低需要采用许多新技术。本文针对一台6缸涡轮增压直喷式柴油机的研制试验,介绍分析高压喷射系统、低涡流燃烧系统、涡轮增压器匹配优化等一些现有技术的效果和优劣,阐明了如何在简化结构、保持低成本的基础上改善缸内燃烧过程以降低NOx排放。     

甲醇缸内直喷热氛围燃烧的试验研究

在单缸直喷式柴油机上进行了二甲醚(dimethyl ether,DME)气道喷射和甲醇缸内直喷的甲醇热氛围燃烧试验研究．结果表明,该燃烧方式呈现分布式放热规律,燃烧过程可分为DME低温放热、高温放热和甲醇扩散燃烧 3个阶段．随负荷的增加,实现稳定燃烧的最小DME比例减小．随DME比例减小,DME高温放热和甲醇燃烧滞后．在稳定燃烧的情况下,随DME比例的增大,燃烧效率和热效率降低,HC和NOx排放呈上升趋势,而CO排放先升高后降低．综合考虑,采用最小比例DME有利于提高其热效率、降低排放．此时热效率、HC排放与原柴油机相当, NOx降低约50％,但CO排放相对原柴油机有较大幅度的增加．     

内燃机燃烧压力振荡对燃烧过程影响的模拟研究

结合可视化发动机、高速摄影和激光剪切干涉测量设备拍摄的燃烧过程照片和获得的燃烧二维温度场,建立了燃烧室空腔模型,并将空腔声学模型划分为未燃区和已燃区,通过空腔声模态和瞬态响应研究,获得了燃烧室空腔在多点激励下的声场变化情况,结果表明,燃烧室空腔在多点激励下在未燃区产生局部压力集中现象,燃烧压力振荡可能是引起燃烧过程未燃区出现局部自燃现象的根本原因。     

内燃机燃烧技术综述

分析了传统内燃机的燃烧技术特点;对围绕节能、环保两大主题而发展的内燃机新技术做了概述,并着重分析了内燃机的新燃烧技术,该新燃烧技术试图吸收现有压燃式以及点燃式发动机的各自优点,使内燃机的燃油经济性以及排放性能得到进一步改善;对新燃烧技术的发展前景进行了展望。     

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...     

燃烧室形状对燃烧过程的影响研究

针对燃烧室形状对燃烧过程的影响进行了研究,得到了喉口直径对喷雾贯穿距离、索特平均直径(SMD)、湍动能、涡流强度、缸内压力、放热规律以及NO-SOOT的影响规律,并通过三维对比分析了燃烧反应率场、温度场、浓度场以及速度场的变化趋势.分析表明:在本次研究中燃烧室喉口直径的合理范围是100～120 mm.     

Mild Combustion

The Mild Combustion is characterized by both an elevated temperature of reactants and low temperature increase in the combustion process. These features are the results of several technological demands coming from different application fields. This review paper aims to collect information which could be useful in understanding the fundamentals and applications of Mild Combustion. The information in this field are still sparse, because of the recent identification of the process, so that many speculative considerations have been presented in order to make the whole framework more consistent and rich with potential new applications.A rigorous definition of Mild Combustion is preliminarily given in order to fix the input variables of the process. Under these constraints the influence of the physical, thermodynamic and chemical variables on the most relevant outlet parameters are analyzed.The physical aspects taken into account are atomization, evaporation, mixing and radiative heat transfer. In particular, the evolution of the mixing layer for high temperature diluted oxidant is analyzed. It is shown that mass fluxes through the stoichiometric isosurfaces are lower than those in not diluted conditions and that the annihilation of these isosurfaces is enhanced in the Mild Combustion conditions. Both effects infer low rates of heat release according to the experimental results reported in the literature.The thermodynamic aspects are dealt through the comparative analysis of the minimum, maximum and equilibrium temperature profiles versus the mixture fraction in the whole allowable range for the diluted and not-diluted cases.The chemical aspects have been analyzed in relation to the chemical kinetics rates for different oxidative routes and the temporal evolution of the self-ignition process. The molecular oxygen addition, the hydroperoxide dissociation and atomic hydrogen oxidation are evaluated in wide pressure and temperature ranges. In such a way self-ignition regimes which rely on different preferential chemical kinetics routes are identified and comparison between diluted/not diluted conditions are performed for a fixed evolution time. In this case it is shown that Mild Combustion conditions extend the pressure–temperature range, in which the oxidation is depressed, at relatively low pressure, whereas the ‘ceiling temperature’ is shifted to lower temperature for Mild Combustion condition at higher pressure.The second part of the review shows the potentialities of the diluted high temperature air combustion in applications related both to efficiency and pollution of thermal generation as well as to abatement of the pollutants along the flue gas stream of a primary combustion system.Some selected examples in these fields as land-base gas-turbines, boiler combustion chamber and domestic heating systems are presented. In these, the emphasis, is put preliminarily on aspects related more to efficiency than to pollution reduction, even though this target is implicitly taken into consideration. Then environmental benefits are dealt in relation to the major and minor species, either organic or inorganic, which can be produced in gas/liquid combustion. They include carbonaceous material, unburned hydrocarbons, nitrogen oxides and sulphur oxides.Finally, a classification of the possible processes relevant along the whole fuel transformation in Mild Combustion is given. In particular ‘clean’, ‘cleaning’, ‘clearing’ combustion processes are identified as a convenient categorization in relation to the incorporation of pre-combustion or post-combustion units in the main combustion systems.     

BUMP燃烧室的稀扩散燃烧机理

开发了BUMP燃烧室并进行了对比实验,发现BUMP燃烧室中可以形成稀的扩散燃烧氛围,使NOx和碳烟排放同时降低．喷射定时3°CA ATDC时,烟度排放降低了约70％,NOx排放与对比燃烧室相当．CFD模拟研究表明,不同的喷射定时下,燃油到达燃烧室壁面时的混合和燃烧状态不同,只有油束在滞燃期内到达燃烧室壁面,由限流沿(BUMP环)扰动形成的二次空间射流才能充分形成,稀扩散燃烧才能明显发生．     

采用快速混合燃烧过程降低爆压和工作粗暴度的研究

介绍了快速混合燃烧过程采用较小柱塞直径、较大行程的НТД４０ 喷油泵,提高进气涡流转速和排气道流通系数,配合喷油提前角及进气压力参数的合理匹配,初步实现了高热效率、低爆压和低粗暴度的性能指标。通过 Ａ Ｖ Ｌ６５７ 数字采集分析系统的测量,分析了改进后的燃烧系统。喷油提前角和进气压力的合理匹配降低了爆压;较小柱塞喷油泵的采用,减小了速燃期的放热速度,从而获得较小的工作粗暴度;提高涡流转速保证了快速混合燃烧过程的实现,从而获得高的热效率。     

内燃机缸内压力与燃烧噪声

利用小波包分析提取缸内压力和测量噪声的时频信息，结合频谱分析技术，对缸内压力和测量噪声特性进行了研究．结合缸内压力和测量噪声的传递函数及相干分析，讨论了测量噪声各频带活塞拍击噪声和燃烧噪声的情况，并对缸内压力和燃烧噪声各频带所占能量进行了计算和研究．结果表明，通过缸内压力和噪声的时频及频谱分析，能获取更加详细的燃烧噪声和活塞拍击噪声信息，为燃烧噪声的分离以及机理研究提供了技术支撑．