不同点火提前角时HCNG发动机的燃烧与排放特性

在一台火花点火天然气发动机上开展了在不同点火提前角下燃用不同体积掺氢比(O%～50%)的天然气掺氢燃料(HCNG)的试验研究,进行热效率、燃烧放热率、循环变动及排放特性的分析.结果表明:与原天然气发动机相比,HCNG发动机的最大扭矩点火提前角(MB了)减小,MBT时指示热效率变化不大;点火提前角增大时,火焰发展期增长,最大压力变动率减小,快速燃烧期和平均指示压力变动率先减小后增大;在相同点火提前角时,以上4个参数均随掺氢比的增加而减小.N0x、CO排放浓度随掺氢比增加而增大,CH4排放則相反.     

高辛烷值燃料对HCCI增压发动机燃烧和排放影响的试验研究

在一台经改装的4缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值(RON)基础燃料(PRF)和93号汽油的进气增压(pin)对均质压燃(HCCI)燃烧特性、性能和排放影响的试验研究.结果表明,进气压力增加,发动机缸内最大爆发压力提高,着火时刻提前.增压后,RON对PRF着火时刻的影响减小,汽油的着火时刻滞后于PRF.进气压力增加,HCCI正常运转工况范围向大负荷和小负荷区域都得到拓展.增压后汽油燃料所能达到的最大负荷比PRF高.相同供油量下,进气压力提高,燃烧效率和净指示热效率先增大后减小;最高燃烧效率和净指示热效率均增大.进气压力增加,HCCI发动机的HC和Nox排放降低,CO排放升高.增压后,RON对PRF的HC、CO和Nox排放影响变小,汽油的HC、CO和Nox排放较PRF高.     

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。     

不同喷油压力对汽油压燃中高负荷性能试验研究

基于一台改装后的压缩比为17的压燃式单缸发动机,展开不同喷油压力对汽油压燃燃烧模式发动机燃烧特性、爆震特性、效率特性和排放特性的研究,结果表明随着喷油压力的增加,缸内混合气形成速度加快,混合气着火时刻提前,燃烧持续期缩短,热效率呈现出先增大后略微降低的趋势。喷油压力的增加使得发动机爆震趋势增强,为降低最大压力升高率和爆震强度,采用推迟喷油策略,但高喷油压力下缸内燃烧对喷油时刻变得敏感,易产生较大的平均指示压力循环波动或爆震,燃烧控制难度增加。对不同喷油压力下爆震循环的缸压信号进行分析得出喷油压力对爆震频率无明显影响。喷油压力升高会使得未燃碳氢和CO排放降低,但同时也会使得NO_x排放增加。     

军用装备发动机最佳供油提前角的试验研究

讨论了供油提前角对发动机动力性、经济性和排放性能的重要性,利用外特性试验、负荷特性试验和转速稳定性试验,考察了供油提前角对发动机工况的影响。研究结果表明,对于12150ZLD发动机来讲,供油提前角对动力性影响较大,功率和扭矩的最大差距分别为7.6%和7.5%,油耗率最大相差6.6%。其中供油提前角为26°时,发动机运转正常,功率、扭矩最高,油耗率最低,气缸的最大爆发压力符合要求,为该型发动机的最佳供油提前角。为保证装备长期运行或更换燃料后仍发挥最优性能,应及时调整供油提前角。     

天然气发动机在不同喷射和点火时刻下的性能优化研究

为解决改装的天然气发动机动力性比原柴油机低,燃料消耗率比原柴油机高的问题,对影响燃烧时刻的喷射提前角与点火提前角这两个重要参数进行模拟实验,研究其对发动机的缸内压力与功率、燃气消耗率的影响,并根据研究结果进行优化设计。结果表明,对于缸内直喷天然气发动机,适当增大喷气提前角和选择恰当的点火提前角能在较经济的情况下提高发动机的动力性;发动机转速增加,点火提前角和喷射提前角也应提前,保证燃料的充分混合和最大化做功能力;在所有转速下,天然气发动机的功率都能恢复到原柴油机的水平。     

直列泵柴油机燃用二甲醚(DME)的燃烧排放特性分析

在一台增压直列泵柴油机进行了燃用柴油和二甲醚的试验,实测了缸内压力,并据此计算了燃烧放热率,对动力性及排放特性进行了对比分析。结果表明:发动机燃用二甲醚后,功率和扭矩都有所提升,选用9°CA和12°CA供油提前角时,在不同转速下的NOx排放均低于柴油;在全负荷情况下的最高燃烧压力和峰值放热率均低于柴油;二甲醚的喷油量是柴油的两倍,但二甲醚的燃烧速度高于柴油,所以二者的燃烧持续期相差不大;选用6孔的喷嘴比5孔喷嘴燃烧更加充分,但是较高的最高燃烧压力和燃烧放热律也使得NOx排放增加。     

DME预混比和柴油供油提前角对PCCI发动机性能影响

在一台2105柴油机上采用进气道预混DME一缸内直喷柴油的复合方式实现PCCI燃烧,研究了DME预混比和柴油供油提前角对预混合压燃(premixed charge compression ignition,PCCI)发动机燃烧、排放特性和燃油经济性影响。研究结果表明:随DME预混比增加,PCCI发动机燃烧始点逐渐前移,缸内压力峰值增大,放热过程由两阶段放热变成三阶段放热,且放热率曲线整体前移,NO_x、碳烟排放和当量燃油消耗率均降低,而CO和HC排放及有效热效率均逐渐升高;随柴油供油提前角增大,PCCI发动机燃烧始点相应提前,缸内压力峰值逐渐增大,放热过程由三阶段放热变成两阶段放热,NO_x排放大幅升高,碳烟排放明显下降,CO和HC排放及当量燃油消耗率先下降后增加,而有效热效率则先升高后降低,     

不同喷射时刻下缸内直喷天然气发动机的燃烧特性

开展了天然气高压缸内直喷发动机不同喷射时刻时的燃烧特性研究。研究结果表明：燃料喷射时刻对发动机性能及排放有较大影响,喷射太迟会导致天然气和空气混合时间短,混合效果差,燃烧持续期长,放热速率慢。喷射过早会导致充量系数下降,燃料容易进入燃烧室狭缝间隙处,造成较高的HC排放。对于给定转速,发动机存在一个最佳燃料喷射提前角,此时缸内最高压力值最大,最大压力升高率和最大放热率最大,放热速率快,燃烧过程等容度好,火焰发展期、快速燃烧期和燃烧持续期短,发动机热效率高,HC、CO排放也维持较低水平。     

点火提前角对通用小型汽油机缸内燃烧及排放的影响

以168F汽油机为样机,由原机磁电机电感无触点式点火系统改装为开环电控点火系统,实现点火提前角的柔性控制,以美国环境保护署(EPA)第三阶段排放法规为目标,研究点火提前角对通用小型汽油机缸内燃烧及排放的影响。研究发现增大点火提前角,缸内最大燃烧压力和最高燃烧温度增大,其分别对应的曲轴转角均提前;燃烧循环波动先减小后增大,氮氧化合物(NOx)和碳氢化合物(HC)排放值均增大。依据美国EPA第三阶段排放法规的排放限值和试验方法,对电控汽油机不同工况的点火提前角进行了优化,保持原机标定功率值,以降低排放为主要目标,兼顾经济性和工作稳定性,形成了168F汽油机最优点火提前角脉谱图。试验结果表明应用该脉谱图后,整机综合性能优化,实现点火提前角的柔性控制,汽油机整机实测一氧化碳(CO)、HC、NOx排放分别下降了6.6%、11.2%、15.8%。     

二甲基醚燃烧过程及其优化的数学模拟研究（Ⅱ）

用作者建立的DME燃烧过程数学模型对DME燃烧过程优化进行了研究,研究了不同喷嘴,不同喷油提前角和进气涡流比对DME燃烧过程及NOx生成的影响,结果表明,供油提前角对DME燃烧过程的影响变化趋势与柴油类似,喷油提前角减小,NOx排放减小,通过增大喷孔流通截面积提高喷油速率和降低发动机的涡流比可以改善发动机的经济性能,但发动机的NOx排放将会有所增加,优化DME燃烧过程措施是燃烧经济性和NOx排放的折衷。     

低排放单缸风冷柴油机的优化设计与匹配

以非道路单缸风冷192 F柴油机为研究对象,匹配蓄压式喷油系统,以低排放为核心目标,计算并设计了高压油泵凸轮和电控喷油器喷嘴参数,优化了螺旋进气道,重新设计了燃烧室几何形状并优化了喷油油线在燃烧室的分布,使燃烧室、进气道与蓄压式喷油系统相匹配.在标定工况、最大转矩工况下进行了喷油参数对工作过程、排放和性能影响的研究,以...     

可控进气涡流对柴油机低负荷性能影响的研究

就双进气道可控进气涡流系统改善大功率增压中冷柴油机低负荷性能的作用机理进行了理论分析与试验研究。研究结果表明：在低负荷工况下，双气道进气时的涡流强度小于螺旋气道，大于直流气道；螺旋气道进气流量较之双气道虽有所减少，但其涡流比仍保持较高水平，致使缸内爆压、预混合燃烧量和最大放热速率均较大。理论计算与试验结果证明，采用双进气道可控进气涡流系统是改善大功率柴油机低负荷性能的一个有效途径。     

Study of methane enrichment in a biogas fuelled HCCI engine

Biogas has been a promising alternative fuel for IC engines. However, its CO₂ content reduces calorific value and ignitability. The CO₂ fraction of raw biogas can be separated out by various techniques, which are collectively called methane enrichment. The present study explores the effect of methane enrichment on the output parameters of a Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine. A single cylinder CI engine is altered for this purpose. Biogas (CH₄ + CO₂) is supplied along with air. Diethyl Ether (DEE) is used as the secondary fuel to initiate auto-ignition. The effects of injecting DEE at the inlet port and upstream in the intake manifold are also compared. Performance, emission and combustion characteristics such as brake thermal efficiency, equivalence ratio, HC, CO, CO₂, NO_x and smoke emissions, start and duration of combustion, in-cylinder pressure and maximum heat release rate are compared for operation with raw biogas (50% methane) and methane enriched biogas (100% methane) for various biogas flow rates and engine torques. Results show that methane enrichment enhances brake thermal efficiency by up to 2% compared to raw biogas. Methane enrichment advances and speeds up combustion. HC, CO and CO₂ emissions, maximum cylinder pressure and maximum heat release rate are also improved with methane enrichment. Ultra-low NO_x and smoke emissions can be obtained using raw biogas as well as methane enriched biogas. Low biogas flow rates provide better brake thermal efficiency and HC emissions. Manifold injection of DEE enhances brake thermal efficiency by up to 2% compared to port injection by virtue of greater mixture homogeneity.     

正丁醇/柴油发动机燃烧排放特性及喷油、燃烧室形状影响

针对某型号直喷柴油机,建立了该柴油机中单缸完整燃烧室及气道三维模型,使用三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)分析软件CONVERGE对其进行模拟计算,研究了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧排放的影响。结果表明:随着正丁醇掺混比例的提高,峰值缸压、滞燃期和燃烧速度均呈递增趋势,碳烟及CO排放量逐渐减少,NO_x排放量小幅增加。为了进一步改善缸内燃烧情况和降低污染物排放,对正丁醇掺混时喷油策略、燃烧室几何形状的综合影响进行了研究,结果表明:掺混时多次喷油及采用合适的燃烧室模型可以有效改善掺混后缸内油气混合情况,增加缸内湍动能强度,进一步降低碳烟排放量。与纯柴油工况对比,掺混并采用多次喷油策略后碳烟排放明显下降,且通过掺混能够有效简化喷油策略,但弱化了燃烧室形状对碳烟排放量的影响。     

直喷式柴油机燃用二甲基醚(DME)试验研究

介绍了在1100单缸直喷式柴油机上燃用DME的发动机试验研究结果。研究表明：通过增加循环供油量可使柴油机燃用DME后恢复到原机略低，同时缸内最大爆发压力降低，发动机碳烟排放为零，HC和CO排放比原机略高，NOx排放比原柴油机降低约50%以上，供油提前角减少，缺内最大爆发压力降低，NOx排放可进一步大幅度降低，但HC排放略有升高；加大喷孔直径，缸内爆发压力升高，NOx排放升高，HC和CO排放在中低负荷相差不大，但在大负荷工况有所升高。     

Experimental investigation of tetrahydrofuran combustion in homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine: Effects of excess air coefficient,engine speed and inlet air temperature

In this study, the effects of tetrahydrofuran (THF) which is nontoxic and generated from renewable environmentally friendly lignocelluloses, and n-heptane/THF blends on combustion, performance and emission characteristics were investigated at various lambda, engine speed and inlet air temperatures. Wide ranges of lambda value and engine speed were investigated and the results were presented in comparison to n-heptane as reference fuel. The combustion parameters such as cylinder pressure, heat release rate, in-cylinder gas temperature, CA10, CA50, thermal efficiency, ringing intensity, maximum pressure rise rate and imep, the performance parameters such as brake torque, power output, specific fuel consumption and HC and CO emissions were determined. Operating range of the HCCI engine was also determined. The results showed that, increasing the lambda value decreased both the in-cylinder pressure and the heat release rate for all test fuels. The addition of tetrahydrofuran led to retard combustion phasing. Thermal efficiency increased about 54% for F60N40 compared to n-heptane at 60 °C inlet air temperature, 1200 rpm engine speed and λ = 2.2. The results also showed that HC and CO emissions increased with the increase of tetrahydrofuran. Furthermore, tetrahydrofuran caused to expand HCCI operating range towards to knocking and misfiring boundaries.     

Production of waste tyre oil and experimental investigation on combustion,engine performance and exhaust emissions

In this study, waste tyre was pyrolyzed at different conditions such as temperature, heating rate and inert purging gas (N₂) flow rate. Pyrolysis parameters were optimized. Optimum parameters were determined. The main objective of this study was to investigate combustion, performance and emissions of diesel and waste tyre oil fuel blend. Experimental investigation was performed in a single cylinder, direct injection, air cooled diesel engine at maximum engine torque speed of 2200 rpm and four different engine load including 3.75, 7.5, 11.25 and 15 Nm. The effects of waste tyre oil on combustion characteristics such as cylinder pressure, heat release rate, ignition delay (ID), combustion duration, engine performance were investigated. In-cylinder pressure and heat release rate increased with waste tyre oil fuel blend (W10) with the increase of engine load. In addition, ID was shortened with the increase of engine load for test fuels but it increased with the addition of waste tyre oil. Lower imep values were obtained because of the lower calorific value of waste tyre oil fuels. Maximum thermal efficiencies were determined as 28.27% and %25.12 with diesel and W10 respectively at 11.25 Nm engine load. When test results were examined, it was seen that waste tyre oil highly affected combustion characteristics, performance and emissions.     

气道和燃烧室形状对汽油机缸内流场影响的计算研究

为探究气道及燃烧室形状对汽油机缸内流场的影响,以某1.4L多点进气道喷射(MPI)汽油机为研究对象,利用AVL-FIRE软件对原机进气道形状进行稳态数值模拟计算,并对原汽油机在2 800r/min最低比油耗工况点进气及燃烧过程进行瞬态数值模拟计算。基于计算结果对进气道及燃烧室形状进行优化设计,提出4种计算方案,对优化前后各计算方案的缸内速度场、湍动能场、火焰前锋面密度和瞬时放热率进行对比分析。结果显示:改进气道的滚流比明显高于原机气道;结合改进气道,进气侧凸起活塞能够更好地维持滚流;在点火时刻,改进气道结合进气侧凸起活塞这一计算方案的缸内湍流分布及湍动能优于改进气道结合大曲率凹坑活塞、原机气道结合原机活塞(压缩比12)与原机计算方案,点火后火焰传播速度最大,燃烧速度最快。优化进气道及燃烧室形状能够加强缸内气流运动,提高点火时刻缸内湍流强度,加速火焰传播,改善燃烧过程。     

天然气后喷对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响研究

利用流体动力学软件CONVERGE建立了高压直喷天然气船机的三维仿真模型,基于该模型研究了后喷策略对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响。结果表明:随后喷比例增大,最高燃烧压力略升高,燃烧持续期增长;随着喷射间隔的增大,最高燃烧压力不变,但后喷燃烧相位推迟,燃烧持续期增长。与无后喷算例相比,后喷比例增大到10%和20%时,碳烟排放分别降低了7.7%～13.5%和1.5%～11.5%,NOx排放分别升高了12.0%～15.0%和5.0%～7.0%,指示燃油消耗率分别增大了约0.1%和1.0%;而后喷比例为30%时,碳烟排放升高了2.0%～8.0%,NOx排放降低了5.0%～7.7%,指示燃油消耗率增大了约2.3%。