汽油低温压燃小负荷控制策略

在一台装有电液可变气门的单缸柴油机上,基于喷油正时、内部废气再循环(EGR)和喷油压力的协同控制,对小负荷工况下汽油燃料直喷压燃模式的燃烧特性和排放特性进行了试验研究,并对实现汽油燃料高效清洁稳定低温压燃的控制区间进行了探索研究.内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和循环喷油量分别固定为1,500,r/min和28,mg.研究结果表明,基于燃油早喷、较低内部EGR率和较高喷油压力的协同控制可以使汽油在平均指示压力约为0.46,MPa工况下实现高效清洁燃烧.     

高压缩比汽油压燃低负荷燃烧优化控制策略试验研究

基于6缸柴油发动机的汽油压燃发动机试验台架,系统研究了喷油策略对采用高压缩比燃烧室的汽油压燃低负荷燃烧和排放特性的影响。结果表明：提高压缩比可有效改善汽油压燃低负荷燃烧稳定性、燃烧效率和指示热效率,同时降低CO和HC排放,但存在最大压力升高率过大的问题。采用两次喷射策略可有效控制最大压力升高率;预喷油量为3 mg、喷射间隔为10°时可将最大压力升高率从1.174 MPa/（°）降低为0.380 MPa/（°）,压力循环波动率为0.97%,同时获得较高的指示热效率和较低的排放。采用高压缩比耦合优化喷油策略,可在平均有效压力为0.2 MPa工况下实现高效稳定燃烧,有效改善汽油压燃在低负荷下燃烧稳定性差的问题。     

汽油压燃燃烧过程碳烟生成的数值模拟

汽油压燃(GCI)燃烧方式能在获得较高热效率的同时保持较低的排放,但在大负荷高EGR率条件下,GCI仍存在碳烟排放较高的现象.本文基于Converge软件对GCI燃烧过程中的碳烟生成、发展及其氧化过程进行了模拟研究.首先在一个定容燃烧弹装置上验证了3种多步现象学碳烟模型在喷雾燃烧中的预测性能,然后对光学发动机中的GCI燃烧和碳烟生成过程进行了仿真研究.结果表明,在控制CA50不变的条件下,选取Gokul模型进行了HCCI、GCI、CDC燃烧方式的对比研究,结果表明,由于高辛烷值燃料的滞燃期较长,GCI燃烧的碳烟显著低于CI模式.GCI燃烧室内仍存在局部浓区,其燃烧特征介于预混燃烧和扩散燃烧之间,在研究的小负荷工况下,其碳烟生成过程与HCCI燃烧较相似,较为均匀的油气混合状态抑制了碳烟的生成.     

PODE_n对汽油压燃燃烧过程与排放的影响

针对汽油压燃(GCI)在不同负荷存在的问题,将具有高含氧量、高十六烷值的燃料聚甲氧基二甲醚(PODE_n)与汽油掺混,其中PODE_n体积分数为20%,以优化汽油的燃料特性,掺混燃料简称为G80P20.在转速为1660,r/min、平均有效压力(BMEP)分别为1.43、0.95和0.48,MPa的3个负荷下,研究了PODE_n对GCI燃烧与排放特性的影响.结果表明:在大负荷工况下,掺混体积分数为20%,的PODE_n能同时显著改善GCI的碳烟(soot)排放和压力升高率,随着喷油压力的增加,两者的改善程度增加;在喷油压力为120,MPa下,两者降低幅度分别达到68%,和51%,,其NOx和soot排放可在无后处理情况下达到国Ⅴ排放水平;在中等负荷工况下,汽油的燃烧可控性随喷油压力的增加而显著降低,而G80P20的燃烧可控性基本不受喷油压力的影响,且达到与柴油基本相当的水平;在小负荷工况下,G80P20能显著改善GCI的燃烧效率,降低HC和CO排放,循环波动率(COV)从5%,降至2%,,提高了燃烧稳定性.     

汽油压燃发动机中燃烧化学动力学特性的模拟

利用PRF70掺混燃料作为汽油表征燃料进行仿真研究,将三维计算软件CONVERGE和Chemkin结合,研究了汽油压燃燃烧反应过程的主要放热反应并对其进行了相关的化学反应路径分析。结果表明:在汽油压燃燃烧反应过程中,不同反应对总放热率的贡献不同,由HCO+O_2CO+HO_2、CH2O+OHHCO+H2O、CH2CCH2OH+O_2CH2OH+CO+CH2O是燃料燃烧过程中对放热贡献最大的3个反应,其放出的热量远大于其他反应;汽油压燃燃烧反应过程中参与夺氢反应的自由基主要有4种,分别是HO_2、OH、H、O,在不同曲轴转角处上述4种自由基参与夺氢反应的重要性不同,HO_2夺氢反应所占比例始终领先其他3种,H、O参与的夺氢反应所占比例随曲轴转角的增加而增加,相应的OH参与夺氢反应所占比例减少;汽油压燃燃烧反应过程中,随着曲轴转角的变化,缸内温度升高,异辛烷发生高温裂解的比例增加。     

汽油均质压燃燃烧的自由离子生成机理研究

将Warnatz离子生成机理耦合到异辛烷详细化学反应动力学模型中,研究了汽油均质压燃(HCCI)燃烧中H3O+、CHO+、e等离子或CH、O自由基的生成过程.采用了化学反应路径分析的方法研究了自由离子的生成过程.基于一台改造的双缸汽油机,试验研究了不同进气温度下,汽油HCCI燃烧的离子电流信号特性,并基于上述方法,对不...     

二甲醚均质压燃燃烧过程的试验研究

在一台单缸直喷柴油机上进行了二甲醚(DME)均质压燃(HCCl)燃烧过程的试验．研究结果表明，进气中加入30％的惰性气体CO2,发动机实现HCCl运转的负荷范围从0．05MPa扩展到0．35MPa．二甲醚在HCCl模式下表现出明显的双阶段着火特性，增加惰性气体的浓度，第一阶段着火始点滞后，燃烧放热峰值降低，燃烧持续期延长．排放测试表明，HCCl模式下发动机的NOx排放接近于零，可实现无碳烟排放，但CO和HC排放较高．     

惰性气体对准均质压燃燃烧过程的影响

在一台可视化发动机上，通过在进气中加入惰性气体的方法来控制柴油引燃天然气的燃烧过程。实验结果表明：进气中加入惰性气体使着火点位置向燃烧室壁面推移，着火点数量增加，着火时间推迟，燃烧速度降低，有效地降低了缸内燃烧最高压力及燃烧压力升高速率，CO2的影响大于N2的影响。     

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。     

米勒循环拓展均质压燃燃烧负荷范围的计算

针对柴油均质压燃燃烧中的压缩上止点喷射模式容易产生燃油附壁的特点,建立了基于喷雾、燃油附壁、油膜蒸发和燃烧等一系列过程的数学模型,利用该模型对135单缸柴油机进行了校核计算.在校核模型基础上完成了米勒循环拓展早喷模式均质压燃燃烧发动机负荷范围的计算,结果表明:在较低进气压力下(绝对压力小于0.14,MPa),最高燃烧温度是拓展负荷范围的限制条件;在较高的进气压力下(绝对压力大于0.14,MPa),最大压升率成为主要限制条件.通过过量空气系数与增压压力的匹配关系,实现维持排放水平的前提下拓展均质压燃燃烧发动机负荷,最大平均指示压力从0.889,MPa提高到1.029,MPa.     

汽油压燃发动机燃烧特性和污染物排放的试验研究

基于一台2.0 L柴油发动机,在1 500 r/min、平均有效压力（brake mean effective pressure, BMEP）0.4 MPa~0.9 MPa工况下进行了汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）和柴油压燃（diesel compression ignition, DCI）的燃烧和原始污染物排放的对比研究。此外,基于6个全球轻型车统一测试循环（worldwide harmonized light vehicle test cycle, WLTC）聚类工况点,进行了三元催化器（three-way catalyst, TWC）和稀燃NO_x捕集器（lean NO_x trap, LNT）或被动选择性催化还原器（passive selective catalytic reduction, PSCR）组合的污染物后处理方案的研究。研究结果表明：在负荷较低时,由于油气过度混合,缸内温度低,GCI的有效热效率低于DCI。随着负荷的提高,相比DCI,GCI的热效率明显改善,有效热效率最多提升至约43.0%。不同负荷下,相比DCI,GCI的NO_x排放略微下降,碳烟烟度（filter smoke number, FSN）显著下降;相比DCI,GCI的CO排放和HC排放在低负荷时大幅提高,但随着负荷提高,GCI的CO排放和HC排放与DCI的差距减小。基于某款车型实际测试的WLTC循环的6个聚类点对NO_x、HC、CO污染物排放的后处理进行评估,GCI发动机采用TWC+LNT/PSCR的后处理方案在满足国六b排放法规方面具有一定的潜力。     

喷油策略对汽油压燃燃烧及碳烟生成过程影响的数值模拟研究

基于三维计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE,耦合甲苯掺比燃料(toluene reference fuel,TRF)简化动力学机理及多步现象学碳烟模型,建立汽油压燃(GCI)的数值模拟模型。通过改变气道喷射比例、主喷时刻和预主喷间隔研究了高负荷条件下气道喷射结合缸内直喷的喷油策略对GCI燃烧及碳烟生成过程的影响。研究结果表明,增加气道喷射比例、提前主喷时刻和增大预主喷间隔都能够缩短燃烧持续期,使放热更为集中,从而降低碳烟排放;改变气道喷射比例对碳烟成核及表面生长有较大的影响,主喷时刻提前能够提高氧化速率。当气道喷射比例为40%,主喷时刻为-8°,预主喷间隔为15°时,碳烟排放为0.015 1g/(kW·h),相比试验基准工况降低了33.8%,而最大压升率也控制在可接受的范围内。     

分隔室压燃式天然气发动机燃烧过程模拟

为了研究分隔室压燃式天然气发动机燃烧系统的燃烧机理和缸内气体运动的规律,依据该发动机的工作特点以及天然气燃料本身的特性,开发了一简化的天然气化学动力学模型(其中包含23种组分和74个反应式)。应用相关文献中提供的试验数据,首先对该化学动力学模型的精度进行了验证,然后用所建模型对分隔室压燃式天然气发动机中的燃烧和流动进行了三维模拟计算。模拟计算结果表明,在采取进气预热措施后,天然气在分隔室燃烧室中可以可靠着火,并能迅速燃烧。压缩上止点时在分隔室中存在较强的涡流及副涡流。此外,还对着火时刻及NO排放进行了模拟计算及分析。     

代理汽油在均质压燃内燃机中燃烧特性的模拟研究

在均质压燃（HCCI）内燃机中,燃烧主要由化学动力学控制。研究燃料的化学动力学反应机理对了解和控制HCCI具有重要意义。本文利用CHEMKIN多区模型,研究了由正庚烷、异辛烷和甲苯混合而成的代理汽油的燃烧特性。计算结果显示,多区模型弥补了单区模型中出现的温度压强陡升缺点,能更好地反映缸内真实燃烧过程。多区温度分布区间越广,则燃烧提前,燃烧持续期长。各区NOx排放和温度分布趋势类似。HC和CO排放主要集中在燃烧不完全的第1区。     

代理汽油在均质压燃内燃机中燃烧特性的模拟研究

在均质压燃(HCCI)内燃机中,燃烧主要由化学动力学控制。研究燃料的化学动力学反应机理对了解和控制HCCI具有重要意义。本文利用CHEMKIN多区模型,研究了由正庚烷、异辛烷和甲苯混合而成的代理汽油的燃烧特性。计算结果显示,多区模型弥补了单区模型中出现的温度压强陡升缺点,能更好地反映缸内真实燃烧过程。多区温度分布区间越广,则燃烧提前,燃烧持续期长。各区NOx排放和温度分布趋势类似。HC和CO排放主要集中在燃烧不完全的第1区。     

内部废气再循环对低负荷火花辅助汽油压燃影响试验研究

在一台装有电液可变气门的单缸发动机上研究了内部废气再循环（internal exhaust gas recirculation, iEGR）对火花辅助汽油压燃（spark-assisted gasoline compression ignition, SAGCI）的影响,并对SAGCI+iEGR、SAGCI（无iEGR）、汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）结合iEGR(GCI+iEGR)3种策略进行了对比。结果表明,随着iEGR率的升高,SAGCI策略自燃燃烧速度加快,稳定燃烧的喷油和点火区域变宽,CO和碳氢化合物总量（total hydrocarbon, THC）排放得到有效改善,但传热损失增加,热效率降低。比较SAGCI+iEGR、SAGCI、GCI+iEGR策略发现,三者均能将低负荷稳定燃烧的界限拓展至循环喷油量15 mg(0.15 MPa平均指示压力),其中SAGCI+iEGR策略能降低进气条件的限制,同时避免高iEGR率的后燃现象,在循环喷油量15 mg的负荷下有最高38.5%的指示热效率,并且排放效果能有效改善。为达到最高热效率...     

边界条件对正庚烷均质压燃燃烧过程的影响

应用零维详细化学反应动力学模型,对不同边界条件下正庚烷（n—heptane）均质压燃燃烧反应的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究,得出了以初始温度和燃料当量空燃比这两类边界条件为函数,压缩比为17,转速为1400r／min的HCCI全工况解。结果表明：HCCI燃烧分为完全燃烧区域、低温反应和蓝焰反应区域、仅发生低温反应区域和失火区域;不发生热焰反应的关键是反应H＋O2=O＋OH进行程度浅,不能生成足够的OH自由基使CO氧化成CO2;蓝焰反应也不发生而仅发生低温反应的关键是H2O2分解反应的进行程度浅,H2O2只有在缸内温度达到1000K时才能快速分解,这就不能生成足够的OH自由基使甲醛转化成CO2低温反应和蓝焰反应区域是高CO排放区,仅发生低温反应的区域是高甲醛排放区。     

后喷策略对汽油压燃燃烧及碳烟排放的影响

针对大负荷条件下汽油压燃碳烟排放高的问题,基于三维流体力学软件CONVERGE开展了汽油压燃燃烧及碳烟生成氧化过程影响的数值模拟,系统研究了在废气再循环(EGR)结合气道喷射(PFI)情况下,后喷策略对大负荷条件下汽油压燃燃烧过程及碳烟生成氧化过程的影响规律和机制.研究结果表明,在复合喷射策略条件下,后喷使主喷油量减少...     

汽油/柴油双燃料高比例预混压燃燃烧与排放的试验

对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式的燃烧及排放特性进行了初步的试验研究.结果表明,通过改变柴油的喷射时刻、汽油比例,HPCC呈现出由多种燃烧模式组成的复合燃烧模式,可以实现极低的NOx和碳烟排放,并能保持较高的热效率.试验工况下,汽油比例为50%时,柴油喷油时刻在-58～-6,°CA ATDC时热效率较高,喷油时刻在-49,°CA ATDC和-16,°CA ATDC时分别出现碳烟和NOx排放峰值.进气压力影响HPCC着火滞燃期、燃烧反应速度和"失火"与"爆震"燃烧汽油比例限值,提高进气压力可以提高汽油比例,实现超低的NOx和碳烟排放,并降低HC排放,但CO排放有所升高.随着汽油比例的增加,NOx与碳烟排放降低,对于IMEP为0.5,MPa、汽油比例大于50%时,两者的原始排放分别低于0.4,g/(kW.h)、0.06,FSN,但HC和CO排放升高.