HCCI发动机着火时刻控制参数的研究

以二甲醚、甲烷/丙烷混和物、异辛烷/正庚烷混合物作为燃料，模拟研究了燃料成分、压缩比、燃空当量比、进气温度、进气压力对均质充量压燃（HCCI）发动机着火时刻的影响。计算结果表明：随燃料十六烷值的增加，着火延迟期减小；随燃料辛烷值的增加，着火延迟期增加。而压缩比，燃空当量比，进气温度对三种燃料着火时刻有显著影响。进气压力的变化对高十六烷值的燃料着火延迟期影响较小，但对辛烷值高的气体燃料着火延迟期影响比较明显。     

HCCI发动机着火过程控制参数的研究

为了研究HCCI发动机着火控制时刻影响因素,建立了模拟HCCI发动机燃烧的计算模型,以甲烷/丙烷混合物和正庚烷/异辛烷混合物作为燃料,考察了十六烷值、辛烷值、压缩比、燃空当量比、进气温度和压力等因素对HCCI发动机着火时刻的影响.计算结果表明:随着燃料十六烷值的减小或辛烷值的增加,相同条件下燃料的着火延迟期增加;压缩比、燃空当量比和进气温度的变化会引起燃料着火时刻的显著变化;进气压力的变化对燃料着火延迟期的影响较小;气体十六烷值越低,辛烷值越大,着火延迟期受上述参数变化影响越大.研究结果为HCCI发动机的优化设计和燃烧控制提供指导依据.     

异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的试验研究和分析

在一台改制的发动机上进行了异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的研究。发动机性能用缸内压力评估,研究用的参数包括放热率、平均指示压力和热效率。试验结果表明,乙醇着火时刻早于异辛烷;在乙醇中加入异辛烷可以推迟着火,并导致平均指示压力和热效率的降低;对某种特定燃料,HCCI燃烧的发生主要取决于进气充量温度,初始充量温度的增加将导致HCCI燃烧提前;充量温度低或发动机转速低时,混合气形成质量差,对HCCI燃烧有不良影响;指示热效率为30%~43%,其值高于火花点火发动机;预燃室的存在有利于稳定的HCCI燃烧;超稀充量运行可以显著降低NOx排放。     

进气温度和过量空气系数对乙醇均质压燃燃烧过程的影响

在一台经过改进的CA6110发动机上,进行了进气温度和过量空气系数对乙醇燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究．结果表明,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,指示效率提高,平均指示压力升高．当进气温度一定时,随着过量空气系数的减小,着火始点提前,燃烧持续期逐渐变短,压力升高率变大,缸内的最大燃烧压力变大,指示效率增加．     

改装直喷式柴油机中生物柴油喷雾燃烧过程试验研究

利用可视化装置,分析比较了直喷式柴油机燃用生物柴油与常规柴油的喷雾燃烧过程.研究结果表明:生物柴油的喷油时刻较早,着火时刻提前,着火滞燃期缩短,在早期预混燃烧阶段的燃烧速度大于柴油,而在扩散燃烧阶段的燃烧速度比柴油低.通过分析燃料性质、转速和喷油压力这3种因素对生物柴油燃料喷雾燃烧过程的影响,从而得出影响规律为:混合燃料喷油始点、着火时刻均有所提前,滞燃期变短,B5混合燃料的最高燃烧压力最高且出现稍早;生物柴油在高转速工况时的燃烧速度大,且最高燃烧压力也略高;随着喷油压力的提高,滞燃期缩短,燃烧持续期相应缩短,最高燃烧压力升高.     

燃料着火性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控制系统,研究了燃料着火性对小型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,燃料十六烷值对燃烧参数的影响具有类似的规律.随燃料十六烷值的降低,着火始点延迟,滞燃期增加,燃烧速率加快,燃烧持续期减小,但预混燃烧期和预混合燃烧量增加,缸内压力峰值、放热率峰值及压力升高率升高.     

采用快速压缩机对甲醇燃料的HCCI燃烧特性的研究

为进一步了解高辛烷值燃料的均质压燃燃烧特性,利用自主研发的快速压缩机,研究了边界条件对甲醇燃料HCCI燃烧特性的影响.试验表明:随着充量温度的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,燃烧温度最大值增加,放热率最大值增加,最大压力升高率增大,最大压力升高率出现时刻提前;随着可燃混合气过量空气系数的增加,可燃混合气的浓度减小,燃烧始点延迟,燃料的最高燃烧温度降低,放热率最大值降低,最大压力升高率降低,着火温度升高,同时反应速率减慢,所以燃烧持续期增加,最大压力升高率减小,最大压力升高率出现时刻延迟.     

喷油提前角对柴油机燃烧特性的影响

为了研究柴油机在不同喷油提前角下的燃烧特性,采用三维流体数值分析软件AVLFIRE建立了某型柴油机燃烧计算模型.在不同喷油提前角下,对燃烧滞燃期、油气混合程度、温度、燃空当量比、放热率和压力进行分析,得出:随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,着火时刻形成的可燃混合气增多,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高同时放热规律相...     

柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料的燃烧特性

根据实测的喷油器针阀升程和示功图,开展了直喷式柴油机燃用F-T柴油与0号柴油混合燃料时燃烧特性的研究．试验用燃料为0号柴油、含25%和50%F-T柴油的混合燃料以及100%F-T柴油．结果表明,在相同工况下,随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,喷油延迟角增大,而喷油持续期变化不大．滞燃期随着F-T柴油比例的增加而缩短,其中当F-T柴油的比例由0增至25%时,滞燃期缩短最为明显,此后进一步增加F-T柴油的比例,滞燃期缩短幅度减小．随着混合燃料中F-T柴油比例的增加,预混燃烧放热峰值降低,扩散燃烧放热峰值增大,燃烧持续期略有延长,缸内最高燃烧压力和气体最高平均温度降低,最大压力升高率显著下降,发动机的燃烧噪音和机械损失减小,有效燃油消耗率和有效热效率得到改善．     

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。     

在连续压胀单次喷射燃烧装置上的甲醇喷雾自燃特性研究

甲醇已被公认为最有希望的柴油机代用燃料.其中涉及到的主要问题之一是它的自燃能力极差.本文给出了在连续压胀单次喷射燃烧装置上试验得到的甲醇喷雾的滞燃期及燃烧过程特征.试验包括喷射提前角、进气压力及气缸盖加热温度这三个因素对滞燃期及燃烧过程的影响.结果表明:喷射正时过早或过迟均会导致甲醇喷雾不着火;甲醇的滞燃期与气缸内的压力无关;燃烧室壁温度至少应达到260℃时,甲醇才能自燃.进一步的工作过程数值模拟分析表明:在本试验装置各热表面状态下可获得适合于现有柴油机所许可的滞燃期和压力增长率,而这种状态可借助于柴油机燃烧室的绝热手段而实现.     

甲醇-柴油混合燃料对发动机燃烧及排放特性的影响

在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了小比例甲醇-柴油混合燃料发动机的燃烧及排放特性试验研究。结果表明:在相同的平均有效压力和转速下,随着甲醇含量的增加,燃料着火延迟相应增大,使得燃烧过程向上止点后移动。混合燃料的滞燃期比柴油长,预混燃烧放热率峰值增大,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和压力升高率增加。与纯柴油相比,甲醇-柴油混合燃料HC排放有所升高,但NOx和碳烟排放降低。大负荷时,CO排放显著下降。     

喷油定时对汽/柴油混合燃料燃烧影响的可视化研究

通过一台光学发动机,利用高速摄影技术,对纯柴油和汽油体积掺混比为60%汽/柴油混合燃料(G 60)在不同喷油定时下进行了燃烧特性试验.结果表明:G 0和G 60燃料均呈单峰放热规律;与纯柴油相比,G 60燃料最高燃烧压力pmax对喷油定时变化更为敏感.随着喷油定时提前,纯柴油和G 60燃料的滞燃期呈线性增大,着火时刻逐渐提前,着火点分布于视窗边沿,G 60燃烧图像中高亮火焰面积逐渐减少,柴油扩散燃烧比例降低,累计放热量为5%(CA 5)至累计放热量为50%(CA 50)对应燃烧持续期逐渐缩短.相对于柴油,G 60燃料滞燃期延长,着火时刻滞后,在稀燃状况下,CA 5至CA 50的燃烧持续期延长.     

柴油机TR燃烧系统实现低温预混合燃烧的研究

为了验证TR燃烧系统降低发动机排放、实现低温预混合燃烧的能力,在一台经过改造的单缸135柴油机上进行了降低压缩比、燃用柴油-乙醇混合燃料和推迟供油的试验研究.结果表明,压缩比ε降低后,着火推迟,最大放热率增加,缸内最高压力和最高温度降低,NOx排放也降低.但是中高负荷时燃烧速率降低,有效油耗率增加.当燃用乙醇体积含量20%的乙醇-柴油混合燃料时,与燃用柴油燃料相比,着火延迟期延长,烟度大幅度降低.小负荷时缸内最高压力、最高温度、最大放热率和燃烧速率都降低,NOx降低较多;中高负荷时最大放热率高于后者,燃烧速率提高,NOx降低得较少.当供油定时从15°CA BT-DC推迟到13°CA BTDC后,烟度基本不变.     

二甲醚、乙醇和甲烷均质压燃的模拟比较

在相同条件下对二甲醚(methoxymethane,DME)、乙醇和甲烷进行均质压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)燃烧的模拟,改变压缩始点的缸内温度及压力、压缩比、燃空当量比中的一个以考察其对三种燃料HCCI燃烧过程的影响.随着压缩始点温度和压力、压缩比的提高,三种燃料的着火时刻都提前;提高燃空当量比,DME的着火时刻提前,而甲烷和乙醇则相反;三种燃料低温下的主要脱氢途径都是与OH自由基发生的脱氢反应;三种燃料实现HCCI燃烧的条件不一样,模拟结果给出了大致的趋势.     

微动力装置均质催化压燃过程的模拟

基于甲烷气相反应化学动力学机理,耦合甲烷在铂(Pt)表面催化反应机理对微型自由活塞式动力装置带有催化燃烧的均质充量压缩燃烧(HCCI)过程进行数值模拟研究,实现了自由活塞运动与燃烧过程耦合的计算方法.在此基础上对微燃烧室底部添加催化剂的模型与未添加催化剂的模型模拟结果进行了对比.根据H2O2质量分数变化曲线定义了微自由活塞动力装置开始着火时段.通过数值模拟发现,催化燃烧可以使着火时刻提前,压缩比减小,滞燃期缩短,燃料燃烧产生能量的使用效率提高,拓宽微自由活塞压缩均质混合气着火界限;而且得到了催化作用对微燃烧室内温度、压力等因素的影响情况.结果表明:催化作用可以降低微燃烧室内最高燃烧压力及最大压力升高率,从而降低微自由活塞动力装置运行粗暴性,使工作过程平稳.     

柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放特性研究

比较了柴油和丙烷的主要理化性能;在一台单缸直喷式柴油机上开展了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时的发动机燃烧和排放特性研究.研究结果表明：在相同工况下,与燃用柴油相比,燃用柴油/丙烷混合燃料时的有效热效率增加,柴油/丙烷混合燃料的有效热效率随丙烷比例的增加而稍有增加,混合燃料的滞燃期和燃烧持续期随丙烷比例的增加而缩短;缸内最大压力,最大燃烧放热率,最高平均燃烧温度随丙烷比例的增加而增加.燃用丙烷柴油混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放有所增加.     

二甲醚在发动机气缸内喷雾燃烧过程的实验研究

在可视化光学发动机上进行了二甲醚(DME)喷雾燃烧过程的试验，应用高速数字摄像机拍摄了柴油和二甲醚缸内喷雾燃烧过程，并应用计算机高速采集系统同步测量了缸内压力．高速摄影照片表明，二甲醚一离开喷嘴就迅速蒸发，可以明显看到缸内气流运动对油速“核心”的吹散作用，并造成二甲醚的碰壁油量较柴油的少．和柴油相比，二甲醚着火滞燃期短，着火位置更靠近燃烧室壁面，着火面大，燃烧初期火焰发展迅速．二甲醚压升滞燃期比发火滞燃期明显减小，而柴油两者几乎相等．在相同热值燃料条件下，发动机燃用柴油和二甲醚时，缸内最大爆发压力、燃烧放热率和平均指示压力几乎一样．高速摄影很难拍摄到二甲醚燃烧初期和后期的火焰照片．研究结果还表明，较小的涡流比有利于提高二甲醚发动机的性能。     

增压中冷柴油-天然气双燃料发动机燃烧特性的实验研究

对天然气替代率、引燃柴油喷油时刻和中冷后进气温度等燃烧系统参数对增压中冷柴油—天然气双燃料发动机燃烧特性的影响进行了实验研究。研究结果表明：增压中冷柴油—天然气双燃料发动机的燃烧放热速率比纯柴油快，引燃柴油的着火时刻和缸内燃料空燃比值决定着双燃料发动机的燃烧特性，即着火时刻在上止点前且空燃比值较小时，其燃烧接近于定容燃烧过程，随着天然气替代率的升高，缸内最大爆发压力和最高燃烧温度升高；而着火时刻在上止点后且空燃比值较大时，其燃烧接近于等压燃烧过程，随着天然气替代率升高，缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低。最大爆发压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度随引燃柴油喷油提前角的增大而升高；而随着进气温度升高，最大爆发压力和缸内温度增大。     

燃料辛烷值对HCCI燃烧特征和排放特性的影响

将一台4缸高速轻型柴油机中的一缸改装，使其具有独立的进排气系统和燃油供给系统，研究了参比燃料及其混合物在均质压燃过程中的着火时刻、燃烧速率和NOx、UHC、CO排放．考察了正庚烷、异辛烷和各种不同比例的混合物在常温、常压下各种负荷的燃烧特性．研究发现：随燃料辛烷值增加，第一阶段着火时刻推迟，燃烧持续期缩短，第一阶段反应结束时的压力升高量和温度升高量减少；第一阶段的累积放热量取决于燃料中高十六烷值燃料的浓度；第二阶段的着火时刻与第一阶段着火时刻呈线性关系；第二阶段燃烧持续期随当量比的增加而减小，且随辛烷值增加而延长；随燃料十六烷值和当量比增加，CO和UHC排放大幅度改善．