碳氢燃料预混火焰中苯的生成规律

为了研究碳氢燃料预混火焰中苯的生成规律,首先在定容燃烧弹上进行了实验,对不同工况下,90号汽油和模拟汽油(由异辛烷和正庚烷按9:1的质量比例配制)燃烧产物中的苯进行了采集和定量分析;随后利用高速摄像机对这两种燃料在定容燃烧弹中的燃烧图像进行了拍摄,将定容燃烧弹中的预混燃烧火焰划分热焰区、蓝焰区和冷焰区;最后,利用CHEMKIN软件对不同火焰结构区域中模拟汽油的燃烧过程进行了化学动力学分析.结果表明,苯在预混火焰中的冷焰、蓝焰区域内形成,并在热焰中完全氧化;苯来源于未完全燃烧的碳氢,其排放量取决于未完全燃烧区中苯的质量分数和未完全燃烧区的容积;汽油燃烧过程中形成的碳粒在一定程度上能减少苯的排放量;汽油机冷起动时,燃烧室壁面吸附作用将对苯的排放量有重要影响.     

催化器对汽油机苯排放的影响

无铅汽油的广泛使用,使得汽油机苯及苯系物等有害物质的排放量有所增加.为了解三元催化器对汽油燃烧过程中苯及苯系物生成的影响,在HL495IQ电喷汽油机上进行了一系列试验.通过活性炭采样管收集尾气中的排放物,经气相色谱仪分析得到苯及苯系物的排放量,并对其生成规律进行了分析.     

稀燃条件下甲醇汽油发动机燃烧和排放特性的试验研究

在一台汽油缸内直喷(GDI)增压发动机上,研究了稀燃条件下燃用不同甲醇汽油混合燃料的燃烧特性和排放特性。试验结果表明:稀燃条件下,随混合气浓度逐渐变稀,当量燃油消耗率呈现出先降低后升高的趋势,并且随着甲醇比例的增加,当量燃油消耗率增加,但均低于原机。在混合气逐渐变稀的过程中,燃烧时缸压峰值和燃烧温度总的变化趋势是逐渐降低,而燃烧持续期和循环变动率逐渐升高。稀燃条件下,CO排放量逐渐降低,碳氢化合物排放呈先降低后增加的趋势。NO_x排放量总的变化趋势是先增大后逐渐降低,随着甲醇体积分数的增加,NO_x的排放量逐渐降低,且3种甲醇、汽油混合燃料的NO_x和CO排放量都低于汽油燃料。     

汽油机燃用含氧混合燃料时燃烧特性和碳氢排放的研究

开展了汽油机燃用含氧混合燃料时燃烧特性和碳氢排放的研究 ,分析了质量燃烧率和发动机碳氢排放。基于实测示功图的计算结果表明 ,与汽油相比 ,燃用汽油 乙醚混合燃料可明显缩短火焰发展角和快速燃烧角。当汽油中加入的醇类燃料比例较小时 ,与燃用汽油相比 ,可缩短火焰发展角和明显缩短快速燃烧角 ;而当汽油中加入的醇类燃料比例较大时 ,反而会增加火焰发展角和快速燃烧角。试验结果表明 ,与燃用汽油相比 ,燃用含氧混合燃料可降低发动机碳氢排放量 ,燃用汽油 乙醚混合燃料比燃用汽油 醇类混合燃料具有更低的碳氢排放。     

甲醇在二冲程点燃式内燃机中的应用研究

为了开发石油代用能源,许多国家正在研究在四冲程内燃机上燃烧甲醇和甲醇-汽油混合燃料的问题。本文对二冲程汽油机以煤制甲醇作燃料时的功率、燃料消耗率、燃烧稀薄混合气的能力和排放特性进行了试验研究。二冲程汽油机改烧甲醇后,功率和热效率都有提高,尤其是提高压缩比后,最大功率和热效率都可提高近1/3。在排气成分方面,与燃烧汽油时相比,排气中NO_x和CO含量都有所下降。但是,由于扫气过程中有一部分甲醇未经燃烧而直接排出,以致排气中甲醇和甲醛含量都大大增加。经初步使用钯催化剂进行催化反应后,排气申甲醇和甲醛排放量可降低到燃烧汽油时的水平。     

生物质与煤混合富氧燃烧过程中NO和N_2O的排放特性研究

为了研究燃烧气氛、进口氧气浓度、生物质掺混比、燃烧温度以及过量氧气系数对循环流化床(CFB)富氧燃烧过程中NO,N_2O排放特性以及燃料中N的转化特性的影响,以棉秆和大同烟煤为燃料,在50 k W循环流化床燃烧试验台上进行了空气气氛和O_2/CO_2气氛下的生物质与煤混合燃烧试验。试验结果表明:与空气气氛相比,O2/CO2气氛下,NO,N_2O的排放量和燃料中N的转化率均降低;随着进口氧气浓度和燃烧温度的升高,NO的排放量均升高,N_2O的排放量和燃料中N的转化率均降低;随着生物质掺混比的增大,NO的排放量和燃料中N的转化率降低,N_2O的排放量升高;NO,N_2O的排放量以及燃料中N的转化率均随过量氧气系数增大而升高。     

基于详细模型汽油替代燃料碳烟生成特性分析

基于矩方法算法和预混火焰程序,实现一维预混火焰中汽油替代燃料燃烧生成碳烟的详细数值模拟.其中气相详细模型为包含多环芳烃(PAHs)生成机理的多组分汽油替代燃料反应动力学模型,详细碳烟颗粒相模型包含成核、凝并、PAHs表面沉积、表面生长和表面氧化过程.结果表明:燃烧过程中苯(C6H6)分子摩尔分数是影响PAHs生成的直接原因,决定了汽油替代燃料生成PAHs摩尔分数的大小;芘(C16H10)分子摩尔分数直接影响碳烟的生成过程,决定汽油替代燃料碳烟排放水平;可依据汽油替代燃料的组成评价燃烧生成PAHs和碳烟的水平,汽油替代燃料中甲苯/二异丁烯总含量越高,其生成PAHs和碳烟量越大,反之亦然.     

低比例甲醇汽油发动机冷起动非常规排放和燃烧特性研究

在电控进气道喷射汽油机台架上,分别使用汽油、M10、M20和M30 4种燃油在常温条件下模拟了NEDC测试循环中的前2个市区工况循环(ECE),对冷起动过程中催化剂前后的常规排放和非常规排放以及燃烧特性进行了研究。研究结果表明:随着燃油中甲醇比例的增大,4种燃油的CO、NOx排放量逐步减少,而甲醇、甲醛等非常规排放量逐步增多。THC排放量在冷起动初期随着甲醇比例的增大而增加,在发动机温度上升后随着甲醇比例的增大而减少。但是在常规三效催化剂起燃以后,催化剂后的常规和非常规排放基本上均能得到有效控制。随着汽油燃料中甲醇添加比例的增大,在冷起动过程中发动机燃烧持续期缩短,缸内平均指示压力略有升高,对发动机缸内燃烧有一定的改善作用。     

火花点燃发动机使用汽油-氢气燃料时燃烧规律的研究

在单缸汽油试验机上分别以汽油-氢气及汽油为燃料进行了一系列性能对比试验,对其燃烧规律作了深入的研究,并用CB-366燃烧分析仪测取了发动机的燃烧放热规律和气缸压力变化规律,对此进行了较详细的理论分析。研究结果表明汽油机中添加少量氢后,氢起到助燃剂的作用,加宽了着火界限;大大缩短了着火延迟期;提高了火焰传播速度。在稀混合气燃烧的条件下,对燃烧后期的改善尤为明显,缩短了燃烧持续期。性能试验结果证实了燃烧规律研究的结论,即汽油机加氢后在一般负荷下热效率提高率为10%～15%,小负荷下提高更为明显;发动机经济稀混合气区域加宽,能够燃烧过量空气系数为1.3的稀混合气;有害排放量降低;气缸内压力循环变动量减小,使发动机柔和。     

基于RANS和LES的汽油、柴油及其掺混燃料压燃燃烧特性数值模拟研究

研究中首先采用RANS和LES两种湍流模型对汽油、柴油及汽柴油掺混燃料的喷雾进行了气液相贯穿距的标定。基于标定好的喷雾模型,采用RANS与LES对3种燃料在发动机中的燃烧过程开展了数值模拟研究。通过对比RANS与LES对部分预混燃烧数值模拟的差异,揭示了两种湍流模型对缸内流动、燃料输运及燃烧过程的影响机理。结果表明,RANS与LES都能够对柴油及掺混燃料的燃烧过程实现较好的预测,其中LES对汽油部分预混燃烧中滞燃期及放热规律的预测与试验更为接近。同时,LES对3种燃料NOx排放的计算结果都与试验更加接近,这与燃料在缸内放热的位置密切相关。     

缸内直喷汽油机HCCI燃烧对压缩比和辛烷值的适应性研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用多次燃油喷射和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了SI/HCCI复合燃烧方式。研究了不同压缩比和辛烷值对均质混合气压燃（HCCI）燃烧排放特性的影响。结果表明,汽油HCCI燃烧呈现单阶段燃烧燃料特性,HCCI着火发生在上止点附近时油耗低。低压缩比下,HCCI燃烧可以在较浓空燃比下工作,NOx排放较高。高辛烷值燃料HCCI燃烧可运行的负荷范围窄。汽油HCCI发动机在偏高压缩比条件下燃用偏低辛烷值汽油可以获得较好的经济性和排放性能。     

柴油/汽油反应活性控制压燃发动机喷油协调控制与排放特性研究

对某4缸高压共轨柴油机进气道进行改造,搭建了柴油/汽油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,设计了柴油/汽油双燃料RCCI燃烧汽油喷射控制策略,实现了全工况下汽油与柴油的协调喷射控制,系统地研究了不同运行工况下,不同汽油替代率对柴油机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:采用柴油/汽油双燃料RCCI燃烧控制策略,发动机可在其运行工况范围内实现高效清洁燃烧,随着汽油替代率的增加,发动机缸内最高压力逐渐增大,缸压峰值出现时刻推迟,放热率峰值降低,燃烧持续期延长,燃油消耗率降低,有效热效率升高,全碳氢、CO排放增加,NOx和碳烟排放降低。     

Experimental study of fuel stratification for HCCI high load extension

Fuel stratification has the potential to extend the high load limits of homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion by improving the control over the combustion phase as well as reducing the maximum rate of pressure rise. In this work, experiments were carried out on a single-cylinder engine equipped with a dual-fuel-injection system – a port injector for preparing a homogeneous charge and a direct in-cylinder injector for creating the desired fuel stratification. The homogeneous charge was prepared using gasoline fuel while the fuel stratification was created with the in-cylinder injection of either gasoline or methanol during the compression stroke. The test results indicate that high load extension using gasoline for fuel stratification is limited by the trade-off between CO and NO_x emissions. Weak gasoline stratification leads to an advanced combustion phase and an increase in NO_x emission, while increasing the stratification with a higher quantity of gasoline direct injection, results in a significant deterioration in both the combustion efficiency and the CO emission. Engine tests using methanol for the stratification retarded the ignition timing and prolonged the combustion duration, resulting in a substantial reduction in the maximum rate of pressure rise and the maximum cylinder pressure – a prerequisite for HCCI high load extension. Further tests were then conducted with methanol stratification to extend the HCCI load limit and to optimize the stratified methanol-to-gasoline fuel ratio. Compared to gasoline HCCI, a 50% increase in the maximum IMEP attained was achieved with an acceptable maximum pressure rise rate of 0.5 MPa/°CA while maintaining a high thermal efficiency.     

基于双直喷策略的低负荷下活性控制压燃燃烧特性的数值研究

采用流体仿真软件CONVERGE开展了基于双直喷策略的低负荷工况下二代生物柴油/汽油活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧模式的数值模拟研究,对比了常规进气道喷射汽油RCCI和双直喷RCCI的燃烧特性,并探讨了双燃料喷射时刻对双直喷RCCI燃烧的影响。结果表明:相比常规进气道喷射汽油RCCI,双直喷RCCI能够有效控制缸内汽油混合气分布,改善不完全燃烧现象;随着汽油直喷时刻的推迟,分层燃烧减弱,燃烧持续期缩短,燃烧效率降低,热效率先减小再增大后又减小,NO_x排放减少而碳烟排放增加;随着二代生物柴油喷射时刻的推迟,分层燃烧加剧,燃烧持续期延长,燃烧效率升高,热效率先增大而后减小,NO_x排放增加而碳烟排放减少。     

汽油机燃用E10含水乙醇/汽油的试验研究

在高原地区开展了燃用含水乙醇/汽油混合燃料的试验研究。在汽油机上进行了纯汽油与掺比为10%含水乙醇(95%浓度)/汽油混合燃料的动力性、经济性和排放性能的对比试验。试验结果表明,E10混合燃料的稳定性良好;燃用E10含水乙醇/汽油混合燃料后,能保持发动机的原机动力性;在较低转速内,有效燃油消耗率有一定的上升,随着转速和负荷的提高,有效燃油消耗率的上升状况得到较好的改善;当量燃油消耗率明显低于原机水平;有效热效率得到不同程度的提高;怠速工况的CH和CO的排放有所改善。     

喷射时刻对柴油和汽油/柴油混合燃料低温燃烧的影响

使用纯柴油和一种汽油/柴油混合燃料在一台单缸柴油机上进行低温燃烧试验.通过调节燃油喷射时刻,研究了不同燃料的燃烧与排放性能.结果表明,这两种燃料的低温燃烧具有两阶段放热.在固定燃油喷射时刻的情况下,两种燃料具有类似的低温放热开始时刻,然而汽油/柴油混合燃料的高温放热开始时刻要迟于纯柴油燃料.主燃烧阶段的各个燃烧相位是线...     

直喷汽油对反应活性控制压燃负荷拓展影响的数值模拟研究

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数,展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃(RCCI)燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明:进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程,而汽油喷射时刻影响不明显;在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下,增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层,延长燃烧持续期,降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率,实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示:若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低,可将平均有效指示压力(IMEP)拓展至1.6MPa;将IMEP拓展到1.7MPa后,增加汽油的预混比例并不能提高IMEP,但对排放略有改善,相应的压力升高率和燃烧压力提高。     

火花点火发动机碗形燃烧室的设计与研究

本文介绍了在同一台单缸汽油试验机上分别采用浴盆形和压缩比不同的碗形燃烧室进行动力性、经济性、排放指标和燃烧过程分析的对比试验研究。结果表明，采用碗形燃烧室，发动机的总燃烧期缩短，循环变动下降，适合采用较高的压缩比。在排放指标大致相当的条件下，动力性改善，节油效果达１０％以上，具有良好的实际应用价值。在国产汽车发动机向小缸径、高转速、高压缩比的方向发展时，采用碗形燃烧室将会取得良好的效果     

Experimental Investigation on the Effect of Blending Ethanol on Combustion Characteristic and Idle Performance in a Gasoline Rotary Engine

Rotary engine is an ideal electric vehicle range extender.However,the combustion chamber of rotary engine is very narrow and long at the top dead center,which is detrimental to fuel combustion performance.In order to improve its economic and emission performance,this paper built an ethanol/gasoline dual-fuel rotary engine test bench,and the combustion and emission performance of gasoline rotary engine under five ethanol blending ratios were studied.The experimental results showed that,when the fuel pulse width is not adjusted,since the calorific value of ethanol is lower than that of gasoline and the latent heat of vaporization of ethanol is higher than that of gasoline,the addition of ethanol in gasoline lowers the peak pressure.When the ethanol blending ratio reaches 30 vol%,the pressure curve shows a distinct double peak.Under the theoretical air-fuel ratio condition,mixing ethanol in gasoline increases the heat release rate,shortens the combustion duration while prolonging delay period.After blending ethanol,HC,CO and NO_x emissions have been reduced under various operating conditions.Excessive ethanol blending ratio increases NO_x emissions and increases cycle variation coefficient.When the ethanol blending ratio is 15 vol%,it has better power ability while maintaining low cycle variation coefficient and emissions.