不同海拔高度下自然吸气和增压柴油机的燃烧过程

随着海拔的增加 (高于海平面 ) ,大气压力减小 ,导致吸入柴油机气缸内的空气量减少。因此 ,柴油机缸内的压力、温度以及混合气密度相应减小 ,以至于在不同海拔地区运行的自然吸气柴油机和增压柴油机的燃烧过程存在差异。使用内燃机大气模拟综合测量系统对在不同海拔地区运行的柴油机的燃烧过程进行了研究 ,所获得的结论有助于澄清和解决在不同海拔地区运行的柴油机其燃烧过程中某些不清楚的问题。     

高原环境下聚甲氧基二甲醚对柴油机燃烧和排放性能的影响

以掺混不同体积分数（10%、20%）聚甲氧基二甲醚（polymethoxydimethyl ethers, PODE）的柴油为含氧燃料,采用某军用泵机组柴油机进行发动机台架试验,通过控制进气压力模拟高原地区柴油机进气条件,模拟海拔0~4 000 m时含氧燃料对发动机外特性、燃烧特性和排放性能的影响。结果表明,低海拔下,该柴油机燃用掺混PODE燃料后功率低于燃用0号车用柴油,燃油消耗率升高。随海拔升高,柴油机燃用掺混PODE燃料后功率和燃油消耗率逐渐接近燃用纯柴油。当海拔达到4 000 m时,柴油机燃用掺混20%体积分数的PODE燃料后功率平均增加3.6%,燃油消耗率平均下降1.2%。海拔4 000 m、柴油机2 000 r/min、100%负荷下,燃用掺混PODE燃料后燃烧位移前移,缸压峰值、放热率峰值提高,滞燃期和燃烧持续期缩短。不同海拔下,燃用掺混PODE燃料后CO、HC排放显著降低,NO_x排放有所增加。     

高原环境柴油机燃用聚醚型含氧燃料燃烧特性

以某型军用车辆柴油机为研究对象,进行了4,500,m海拔条件下的高原模拟环境试验,比较和分析了该型柴油机燃用军用柴油和掺混不同比例聚甲氧基二烷基醚型含氧燃料时的燃烧特性.结果表明:高原环境下柴油机燃用该型含氧燃料时,随着掺混比例增加,滞燃期缩短,压升率降低,燃烧放热等容度增加,热效率提高,有效地缓解了高原环境下柴油机功率损失和后燃严重的问题,尤其在柴油机高速小负荷工况下,动力性与经济性显著提高,是一种适用于高原环境下的聚醚型含氧型燃料.     

工作环境对自然吸气柴油机性能影响仿真

基于CY4102BG四冲程自然吸气柴油机,利用GT-POWER一维仿真计算软件建立柴油机工作过程仿真模型,研究高原和水下工作环境对柴油机性能的影响。仿真结果表明：随着海拔的增高,柴油机有效功率有所下降,NO_x排放上升,排气温度增加;随着水下排气背压的增高,柴油机有效功率下降,NO_x排放显著上升。针对柴油机在非标况环境下NO_x排放性能的恶化,通过调节喷油参数来优化柴油机综合性能。经优化,在不同工作环境下柴油机NO_x排放降低7.3%~21.4%,优化效果较为明显。     

不同海拔高度下自然吸气柴油机经济性及热效率研究

借助内燃机高海拔大气状态模拟试验系统进行了不同海拔高度下自然吸气柴油机的性能试验和缸压采集,试验结果表明:海拔高度增加,柴油机燃油经济性变差,最低比油耗工况负荷略有减小。指示热效率随海拔升高在标定工况时下降最多,中等负荷下降最少。在实测缸内气体压力的基础上采用FIRE软件建立仿真模型探讨高原环境下油气混合过程的变化,模拟结果显示:随海拔高度增加,喷油油束贯穿距变长,油束破碎和蒸发过程减缓,燃烧室近壁面处易形成油气堆积,造成不完全燃烧加剧,使燃烧效率下降。基于实测缸压将实际工作循环简化为理论循环以探讨循环热效率的变化,随海拔升高,一方面燃烧始点滞后,造成压力升高比下降,初始膨胀比增加;另一方面缸内气体温度增加,使得等熵指数减小:两者均使简化后的理论循环热效率下降。此外,缸内燃烧温度和排气温度随海拔升高而增加,使得传热损失、排气损失等不可逆损失增大,实际循环热效率进一步下降。     

高原环境下柴油机燃料与排放的研究现状及展望

对高原环境下使用柴油、其它新型燃料及加入助燃剂柴油的柴油机在经济性、动力性、排放性等方面进行对比,论述国内在醇类燃料、醚类燃料、沼气-柴油双燃料、无灰助燃剂及其他生物燃料等方面研究所取得的进展,着重分析各种燃料在经济性、动力性、排放性等方面的差异,指出现有研究的现状和不足。针对醇类燃料与柴油燃料难以完全互溶、双燃料需对发动机的燃烧室及供油系统等主要部分进行改装、无灰助燃剂的生产和成分计量困难因而加入量受到限制等各种新型燃料存在的问题,研究利用氮气吸附法从进气源头上减少氮气含量,提高进气含氧量,从而提高和改善柴油机在高原环境下的经济性、动力性和排放性能。     

柴油机分段喷射及涡流匹配燃烧和排放特性

为探究柴油机分段喷射及涡流改善燃油经济性的潜力和机理,在单缸机上进行了有、无进气涡流时不同分段喷射策略的试验,5%,预喷比例、10°,CA间隔工况的燃油消耗率比单次喷射降低6.1,g/(k W·h),NO_x排放增加200×10~(-6)(体积分数);有、无涡流对比试验中,在过量空气系数为1.6时,加入涡流比为1.0的涡流,燃油消耗率仍降低2.0,g/(k W·h),NO_x排放增加120×10~(-6).内窥镜试验利用KL因子表征碳烟浓度,上止点后16°,CA,单次喷射工况KL因子为1.22,分段喷射工况KL因子为0.75,有涡流分段喷射工况KL因子为0.21.仿真分析表明,小预喷、短间隔分段喷射和适当进气涡流的加入,均使得主喷油束可以利用预喷产生的热氛围且不被其束缚,从而改善燃油经济性,降低缸内碳烟浓度.     

富氧燃烧对柴油机排放特性的影响

柴油机因其废气中的碳烟排放高而被排除在清洁发动机之外。减少碳烟排放的一种方法是增加缸内空气的氧含量，使燃烧更彻底充分进行。本文介绍了在S195柴油机上进行富氧燃烧试验。对其排放特性进行比较与分析，通过试验研究，找到在富氧条件下同时降低碳烟和NOx排放的方法。     

燃料理化特性对柴油机燃烧和排放影响

将燃料理化特性参数依次分离,研究不同燃料特性在宽广废气再循环(EGR)范围内对柴油机燃烧和排放的影响规律.结果表明:试验选用的国Ⅳ柴油燃料,成份的改变如芳烃和硫含量降低对燃烧和NO_x、THC、CO及碳烟排放影响作用很小.燃料沸点和黏度降低,预混放热峰值增大,碳烟排放降低;负荷增大后对碳烟降低作用减小.燃料沸点和黏度在中、低比例EGR率下对气体排放影响很小,在高比例EGR率下低沸点、低黏度燃料THC和CO排放较高.十六烷值是决定燃烧放热时刻的最重要参数,不同十六烷值燃料在高比例EGR率下对滞燃期影响更显著.十六烷值和含氧是降低碳烟两个决定性因素,孰重孰轻视燃料特性而定,不同十六烷值燃料的气体排放差异很小,只在低EGR率下随十六烷值降低,NO_x排放略有升高.正丁醇分子结构较甲醇、乙醇、丁酸甲酯和2,5-二甲基呋喃(DMF)能更有效降低碳烟.     

燃料理化特性对柴油机低温燃烧过程及排放特性的影响

在一台单缸柴油机上,通过柴油掺混20%的正庚烷、正庚烷与异辛烷混合物以及异辛烷与40%正庚烷(体积分数),研究燃料组分、沸点和十六烷值等理化特性对柴油机传统燃烧和低温燃烧影响机理.结果表明,不同十六烷值燃料在高比例EGR下对滞燃期影响更显著;随掺混燃料十六烷值降低,碳烟排放降低;在20%掺混比下混合燃料沸点、黏度等物理特性和燃料组分等化学特性改变对燃烧和碳烟排放影响较小.与20%正庚烷掺混相比,低沸点、低黏度燃料在更高掺混比(40%)下对碳烟排放的降低作用变得明显.大比例EGR低温燃烧下,THC排放明显升高,其中甲烷占总碳氢比例达60%;NO2对整体NOx排放影响很小.在20%掺混比下,燃料理化特性的改变对THC、不同成分HC、CO和NOx排放影响很小;在40%正庚烷掺混比例下,芳香烃排放降低,NOx及NO2排放较柴油升高.     

满足欧Ⅰ排放的新型YC4108Q自然吸气柴油机研制

对YC4108Q直喷式自然吸气柴油机进行了深入研究,通过改进燃烧室设计,调整压缩比和喷油提前角,利用惯性增压等措施,使该机排放满足欧Ⅰ排放法规的限制。     

柴油机富氧燃烧排放特性的试验研究

介绍了在S195柴油机上进行富氧燃烧的试验，对柴油机排放特性进行了比较与分析，目的是通过试验研究，找到在富氧条件下同时降低碳烟和NOx排放的方法。研究结果表明，增加进气氧的质量分数，碳烟排放大幅度下降，HC和CO也趋于下降，但NOx排放显增加；推迟供油提前角，可以使NOx排放降低，但碳烟有上升趋势，HC和CO排放增加。所以，采用富氧燃烧时必须同时推迟供油提前角，才能获得较低的排放量组合。     

EGR的三效应对柴油机燃烧特性及排放的影响

将D19共轨柴油机的一维仿真模型与正庚烷简化机理耦合,计算不同EGR率下缸内进气组分的质量分数,以此为初始条件,利用三维CFD模拟,研究EGR的三种效应各自对燃烧及排放的影响以及三效应间的相互关系.结果表明:EGR的稀释效应是降低缸内压力、温度和累积放热量,推迟燃烧相位的主因,同时也决定着CO与NO的排放终值;由稀释效应引起的低温、缺氧抑制NO的生成,其中低温比缺氧的影响更强,并会削弱H_2O和CO_2的热效应对NO的抑制作用;对于EGR热效应而言,单位物质的量浓度CO_2吸热作用约是H_2O的4倍;碳烟排放在中等EGR率时主要受稀释效应影响,在高EGR率时,受三效应共同影响呈现低生成、弱氧化的变化趋势.     

进气初始条件对柴油机低温燃烧及PAHs排放特性的影响

应用三维CFD模型耦合化学动力学模型的方法,研究了进气初始条件对柴油机低温燃烧及多环芳香烃(PAHs)排放特性的影响规律。结果表明:进气温度降低,滞燃期延长,同时由于进气密度增大,使柴油机的循环进气量增多,空燃比升高,燃油在缸内燃烧更充分,在较低的进气温度工况时缸内生成PAHs各组分相对较低;进气压力升高,PAHs各组分的生成时刻提前,并且PAHs各组分的含量依次减少。燃烧起始阶段,苯(C6H6)主要分布在燃烧室凹坑附近。在燃烧中期与后期,其主要分布在凹坑壁面附近。     

小型高速直喷式柴油机的燃烧特性,排放及燃油经济性

应用试验研究与计算机仿真的方法，分析了车用小型高速直喷式柴油机的燃烧特性，排放与油经济性，并探讨了燃油喷射系统部分参数对诸项性能的影响。     

柴油机燃用煤基含氧混合燃料的燃烧及排放特性

在F-T柴油中添加不同比例的丁醇、生物柴油燃料,并与0#柴油做了燃烧及排放特性的对比研究。研究结果表明:混合燃料的预混合燃烧期、扩散燃烧期、缸压峰值与放热率峰值均介于0#柴油与F-T柴油之间;相对于0#柴油,混合燃料燃烧始点提前,CA50增加,燃烧放热中心向后推迟,燃烧放热率第一峰值降低;所在相位提前,预混合燃烧放热量降低,有利于降低燃烧过程的最高温度,实现低温燃烧,第二峰值升高,扩散燃烧所占比重增加;在转速为2 000 r/min时,混合燃料(N10,N20和N10B10)的NOx排放量较0#柴油分别降低了23.40%,26.95%和23.25%,其中主要是NO的降低,NO2的排放量因为低温燃烧反而略有上升;外特性下,碳烟排放量较0#柴油分别平均降低71.47%,77.16%,68.80%。     

柴油机低氮燃烧及排放性能研究

大量研究均通过缸内或进气道喷水、废气再循环(EGR)、替代新能源等技术来减少柴油机氮氧化物(NO_x)排放,但均都是通过降低缸内燃烧温度控制NO_x生成,都需以牺牲柴油机的经济性为代价,难以突破NO_x-C排放瓶颈。基于柴油机燃烧化学反应机理,NO_x的生成主要来源于进气中的氮气(N2),提出通过控制柴油机燃烧室内氮气的含量来控制柴油机NO_x排放。以高浓度氧气(O_2)和二氧化碳(CO_2)作为4135ACa柴油机进气,减少进气中N2成分,研究柴油机燃烧和排放性能。试验结果表明:进气中N2比例大于50%时,无论如何调节O_2与CO_2比例,均难以突破柴油机NO_x-C排放瓶颈;最终以无N2进气(50%O_250%CO_2)实现柴油机的稳定运转,实现NO_x的最低排放,排放值接近零。     

柴油机燃烧乙醇柴油混合燃料的排放特性研究

将乙醇与柴油混合配制出不同比例的混合燃料,在一台双缸直喷式柴油机上进行排放对比试验,研究了在柴油中添加乙醇及助溶剂能降低柴油机排放废气中所含污染物的机理,并分析了排放污染物随发动机负荷变化的规律.研究结果表明,在柴油中添加体积分数为20%的乙醇,可使柴油机碳烟和CO、HC排放大幅度降低,NO_x排放稍有下降.不添加助溶剂时,乙醇的掺混导致排放尾气中产生乙醇、微量乙醛等有机物,而添加助溶剂可使乙醇、乙醛排放的浓度明显降低.     

增压式高压共轨柴油机燃烧排放特性研究

增压式高压共轨系统能够实现二级喷射压力和可调喷油率。在对系统的核心部件——基于两位三通电磁阀的新型电控增压泵的性能进行深入分析的基础上,建立系统仿真模型,确定了增压持续期的合理范围为1.0～3.0ms。仿真得到相同喷油量时的各种不同喷油率,并将喷油率曲线导入CFD软件中进行燃烧排放计算和结果分析。研究结果表明:增压式高压共轨系统能够在工况确定的情况下,通过在矩形、斜坡形、靴形及不同基压的靴形喷油率中选择最优的喷油率形状,因而可在不明显恶化碳烟排放情况下,使NOx排放明显下降。