稀燃点燃式天然气发动机的燃烧特性

通过对一台6102型稀燃点燃式天然气发动机在不同混合气浓度和不同点火提前角下的燃烧特性进行试验,深入分析了点火提前角和混合气浓度对天然气发动机燃烧特性的影响.结果表明,当进气压力和转速一定时,随着混合气变稀,NO_x排放降低,但输出转矩有减小趋势,耗气率升高且燃烧稳定性变差;适当增大点火提前角,可以使输出转矩增大,耗气率降低,提高燃烧稳定性,但NO_x排放会有所增加.因而需综合考虑动力性、经济性和排放来选择最佳的混合气浓度和点火提前角.找出了在满足动力性、经济性和排放的特定工况点的适宜浓度和点火提前角范围,为进一步标定全工况下的MAP图也提供了参考依据.     

增压稀燃天然气发动机排放特性

为了研究增压稀燃天然气发动机的排放特性,对发动机进行了空燃比和点火提前角调整试验、十三工况排放等试验,并在增加氧化型催化转化器后进行了相关试验,对试验结果进行研究分析,获得了天然气发动机的排放规律.结果表明:NMHC排放随空燃比增大先减少后增加,NOx排放随空燃比增大先增加后减少,在空燃比19～21左右达到最大值.NMHC比排放随转速升高略有降低,NOx排放随转速升高先减小后增加,发动机最低NOx排放点所对应的发动机转速为1600～1800 r/min.定MAP下,NMHC排放随点火提前角增大先降低后增加,NOx排放随点火提前角增大而增大.加Ⅰ型氧化催化器后发动机NOx、CH4、CO、NMHC排放值分别减少了15%、97%、78%、60%.试验结果表明,增压稀燃和氧化型催化转化器相结合是天然气发动机一种有效方案.     

燃烧系统参数对增压中冷柴油-天然气双燃料发动机排放特性和经济性影响的实验研究

将一台6缸、增压中冷柴油机改装为混合器进气方式的柴油—天然气双燃料发动机，对其燃烧系统参数对双燃料发动机排放和经济性的影响进行了实验研究，包括引燃柴油喷油时刻、天然气替代率、中冷后进气温度的影响。双燃料发动机的排放与空燃比及燃烧系统参数密切相关。替代率增加时，排气烟度降低，HC排放升高，当量燃油消耗率升高，CO排放在替代率较小时随替代率增加而升高，但在替代率较高时随替代率增加而略有降低。替代率对NOx排放的影响则与发动机工况有关，在最大转矩和低速大负荷工况，空燃比值较小，NOx排放随替代率的升高而增大；在标定功率工况，空燃比较大，NOx排放随替代率的升高而减小。提前角减小，NOx排放降低。中冷后温度升高，碳烟排放和NOx排放升高，HC和CO排放降低，当量燃油消耗率降低。研究结果表明，采用增压中冷技术、提高CNG替代率、减小引燃柴油喷油提前角，能够有效地降低双燃料发动机的有害排放物。     

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。     

缸内高压直喷天然气发动机外特性燃烧参数研究

通过采集微量柴油引燃缸内高压直喷天然气发动机示功图,研究了其外特性的压力及燃烧参数。试验结果表明:天然气喷射提前角增大,最高燃烧压力、最高压力升高率升高,速燃期增长,滞燃期缩短,50%燃烧相位角减小,90%燃烧相位角在700~1 000r/min转速范围内增大,在1 000~1 500r/min转速范围内减小;随着转速升高,滞燃期及50%燃烧相位角增加,最高燃烧压力及以曲轴转角计的速燃期先升高后降低,最大压力升高率及以时间计的速燃期呈降低的趋势。     

湍流射流点火对天然气发动机燃烧特性影响的试验研究

湍流射流点火（Turbulent Jet Ignition,TJI）是一种有效的燃烧增强技术,可提供更高的点火能量,使发动机稳定着火,且可以提高燃烧压力和燃烧速率,缩短燃烧持续期,是实现发动机稀薄燃烧的有效手段。基于一台带有预燃室的点燃式单缸试验机,开展了TJI模式下天然气发动机性能的试验研究。首先,研究了不同过量空气系数下TJI对天然气发动机动力性能、排放性能及燃烧特性的影响,并与火花塞点火（Spark Ignition,SI）模式进行对比;其次,在稀燃条件下分别探究了进气增压和预燃室喷氢对天然气发动机动力性、经济性及燃烧过程的优化作用。结果表明：TJI的使用可有效拓展天然气发动机的稀燃极限,且燃烧滞燃期和燃烧持续期均更短,放热率更高;过量空气系数1.5为甲烷TJI最佳稀燃工况,此时燃油消耗率最低,且可实现氮氧化物近零排放;此外,采用进气增压的方式可以提高TJI发动机在高负荷下的经济性;TJI模式下,相较于预燃室喷甲烷,预燃室喷氢气可进一步缩短滞燃期和燃烧持续期,提高放热率,达到提升TJI性能的效果。     

预燃室式火花点火天然气发动机燃烧模型

由于全球能源和环保的要求，预燃室式火点火天然气发动机近十年来得到迅速发展。在实验研究方面已经取得很大进展，但得燃烧模型方面，目前尚未见到有报道。     

天然气发动机回火事故的试验研究

天然气发动机进气总管回火事故,主要原因之一是空燃比控制相对太浓。发动机在压缩比一定的情况下,混合气空燃比是否过浓,点火提前角是否过大,这两个参数不能单一而论,它们互为依存,必须是以另一方在某一确定状态下分析才有意义。     

增压稀燃天然气掺氢发动机排放特性

为了研究20%掺氢比的增压稀燃天然气掺氢(HCNG)发动机的排放特性,通过对发动机进行了空燃比和点火提前角调整试验、ETC循环测试试验和加装氧化型催化器试验,获得了20%HCNG发动机的排放规律.CH4排放随着空燃比的增大先减少后增加;CO排放在高于理论空燃比后骤减;Nox排放随着空燃比的增大先增加后减少,在空燃比19～21 左右达到最大值,1600～1800r/min时最低.CO、Nox随着点火提前角的增大而增加;CH4随着点火提前角的增大略有增加,并且点火提前角越大,对CH4排放的影响越小.加装催化器后,CO、CH4的转化效率均＞90%.试验结果表明:增压稀燃和氧化型催化器相结合是天然气掺氢发动机节能减排的有效方案.     

低热值气体燃料发动机燃烧特性试验研究

在一台单缸火花点火发动机上开展了燃用不同组分配比的低热值气体燃料燃烧特性的试验研究,分析了发动机燃用天然气掺加氮气0%-35%组成的低热值气体燃料在不同负荷下的缸压、压力升高率、放热率、火焰发展期、快速燃烧期及其循环变动性能.研究结果表明:不同负荷下,随着低热值气体中氮气体积分数的增加,最大缸内压力和压力升高率降低,燃烧放热率下降,火焰发展期变长,同时低热值气体中氮气体积分数增加导致发动机放热率曲线型心明显偏离上止点;低热值气中氮气体积分数小于20%时,燃烧稳定性较好,平均指示压力和最大缸压具有强线性相关性,但当氮气体积分数达到30%,小负荷工况下燃烧循环变动明显加强.     

增压天然气发动机的研制

本文主要介绍12V190ZDT-2型天然气发动机技术参数、优化结构设计以及关键技木试验研究等,还给出了发动机调试结果。     

二级增压重型柴油机排放和燃烧特性的试验研究

在一台电控高压共轨柴油机上进行二级增压优化匹配,并以单级增压作为对比基准,分析了不同工况下二级增压柴油机的性能、排放与燃烧特性,研究了进气温度对其的影响。试验结果表明:相对单级增压,柴油机二级增压后低速外特性扭矩达到1 170N.m,烟度与燃油经济性改善幅度分别为99.3%和13.4%;二级增压能够提高EGR的引入能力,减小进气节流损失,并可显著改善中低转速、高负荷时NOx与烟度和燃油消耗率之间的平衡关系;在压气机特性图中二级增压柴油机的运行线远离喘振边界线;在各个工况下,进气温度升高使NOx比排放快速增加,导致柴油机NOx与烟度之间的平衡关系变差。     

当量天然气发动机各缸燃烧一致性的试验研究北大核心CSCD

为研究废气再循环气体(exhaust gas recirculation,EGR)和进气方式对当量燃烧的天然气发动机燃烧特征的影响,通过发动机台架测试分别探究了EGR气体和EGR所含水汽以及5、6缸位置进气(右侧进气)与3、4缸位置进气(中间进气)对当量燃烧天然气发动机各缸燃烧一致性的影响规律。试验结果表明:在右侧进气方式下,EGR气体的引入是影响当量天然气发动机各缸燃烧一致性的重要因素,特别是EGR气体中的水汽在各缸的分配。EGR气体除水汽后,各缸最大缸压偏差值由原来的9.5%降低为4.1%,当不引入EGR气体时,各缸最大缸压偏差值降低为2.3%。基于右侧进气方式在引入EGR气体后存在的问题,采用新设计的中间进气方式有效改善了各缸EGR气体的分配,从而显著提高了各缸燃烧一致性,各缸最大缸压偏差值由原右侧进气方式的9.5%降低为2.0%,有效解决了右侧进气在引入EGR时带来的各缸燃烧不一致性问题。     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH₄排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH₄排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。     

天然气/柴油双燃料燃烧特性及规律的研究

通过试验及其分析,探索天然气和柴油复合燃烧特性和规律,并具体阐述负荷、转速、替代率、引燃油量、进气混合气浓度、供油提前角和燃烧室形式等因素对双燃料燃烧压力变化规律、放热规律、着火特性、最高替代率变化规律等的影响.特别指出了天然气/柴油双燃料燃烧的主要特征、存在的主要问题和需要采取的技术措施.     

点燃式气体燃料发动机燃烧特性的研究

依据气体燃料混合气形成特点，本文将准维双区模型应用于气体燃料发动机燃烧过程中，并成功对气体燃料发动机进行了模拟计算，模拟计算结果与实测结果吻合良好。模拟计算弥补了实验测试中的不足，可以从更深层次地认识气体燃料燃烧特性和规律。     

车用增压二甲醚发动机燃烧和排放特性的试验研究

在一台D6114ZLQB柴油机上进行了燃用二甲醚（DME）的燃烧和排放特性的试验研究。研究结果表明：二甲醚发动机的外特性转矩特别是低速转矩比柴油机高;二甲醚喷油延迟角比柴油大,最高爆发压力、最大压力升高率、燃烧噪声比柴油低;二甲醚扩散燃烧速率比柴油快,燃烧持续期比柴油短。和柴油机相比,二甲醚发动机的NO,排放显著下降,其欧洲稳态测试循环（ESC的NOx排放比原柴油机降低41．6％;二甲醚发动机在全工况范围内碳烟排放为零。