甲醇燃料低速机性能仿真研究北大核心CSCD

基于某型低速柴油机,利用CONVERGE仿真软件建立了柴油模式缸内燃烧模型,并根据试验数据进行了燃烧模型标定。在标定的柴油模式缸内燃烧模型的基础上,将3个甲醇喷射器和3个引燃柴油喷射器安装在缸盖上,每个甲醇喷射器与引燃柴油喷射器成30°夹角安装,开展了柴油引燃甲醇燃烧模式缸内燃烧模拟,在100%负荷下研究了甲醇喷射器喷孔大小、引燃柴油喷射正时对发动机着火及燃烧过程的影响及与原柴油模式的对比。研究表明:甲醇喷射持续期为25°时,可以得到与原柴油机相近的缸内峰值压力水平;甲醇喷射正时不变的情况下随着引燃油喷射正时的提前角减小,发动机整体性能呈下降趋势,但下降幅度较小。     

火花点燃式甲醇汽油发动机冷起动过程燃烧特性研究

随着欧Ⅲ及以上排放法规的实施,对发动机冷起动过程排放的控制显得越来越重要。在一台3缸进气道喷射汽油机上开展了甲醇-汽油对冷机起动及其后怠速暖机过程燃烧和排放特性影响的研究。缸内压力数据分析表明在汽油中加入甲醇,可以明显改善冷起动过程缸内燃烧。随着添加比例的增加,发动机起动后的50个循环火焰发展角和快速燃烧角都明显缩短,平均指示压力升高。研究中设计了一种新颖的准瞬态排放采样系统,测量了冷起动和暖机过程的HC和CO排放。环境温度5℃下测量结果表明,HC和CO排放随着甲醇添加比例增加明显降低,发动机燃用M30时,HC降低了40％,CO降低了70％,排气温度在起动200s时也比原汽油机升高了140℃。     

用汽油和甲醇燃油分层拓展HCCI燃烧高负荷的试验研究

在一台单缸HCCI发动机上研究了进气道喷射汽油缸内喷射甲醇形成汽油甲醇燃油分层的HCCI燃烧排放特性,探索了其拓展HCCI燃烧高负荷的潜力。试验结果表明:在汽油HCCI燃烧中喷射甲醇能够有效降低缸内混合气的温度,推迟着火时刻,延长燃烧持续期,从而降低压力升高率和缸内最高燃烧压力,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。一定的HCCI负荷工况存在最佳的汽油甲醇比例,且汽油甲醇最佳比例随着负荷的增加不断减小。在最大压力升高率0.5MPa/°CA和较高的指示效率的限制下,自然吸气条件下采用汽油和甲醇燃油分层的HCCI燃烧最高负荷比汽油HCCI燃烧提高了近50%,达到0.62MPa。     

甲醇喷入时刻对缸内双喷柴油机燃烧与排放影响的数值模拟分析

文章以CY25TQ单缸柴油机为原型,利用AVL-FIRE软件建模,在压缩比为16.9、转速为1 800 r/min、甲醇质量分数为40%、引燃油喷油时刻为20°CA BTDC的工况下,分别在130,70,40,10°CA BTDC 4个时刻喷入甲醇,研究不同甲醇喷入时刻对缸内双喷柴油/甲醇发动机燃烧与排放的影响。研究结果表明:当甲醇喷入时刻为130,70,40°CA BTDC时,缸内以预混合燃烧为主,且甲醇喷入时刻为70°CA BTDC时,缸内预混合气的浓度梯度较合理,燃烧等容度更好,CO和SOOT的排放量降低,NOx的排放量增加,但增加幅度不大;甲醇喷入时刻为40°CA BTDC时,甲醇会在上止点前着火,在压缩冲程做负功,发动机的热效率降低;甲醇喷入时刻为10°CA BTDC时,缸内以扩散燃烧为主,缸内温度较低,甲醇燃烧不充分,排放较差。     

甲醇／二甲醚双燃料发动机的排放研究

采用甲醇和二甲醚(DME)双燃料实现均质压燃(HCCI)和复合燃烧,研究了这两种燃烧方式的排放特性.结果表明,HCCI有着极低的NOx排放,而复合燃烧在HC排放上占有优势.采用大的DME比例可以降低HC和CO排放,但NOx排放升高.HCCI燃烧的NOx和CO排放与缸内温度有着明显的对应关系;HC排放不仅与缸内温度有关,还与燃烧室几何参数有关.根据不同工况选取适当的甲醇喷射时刻,可以取得复合燃烧输出功和NOx排放间的平衡.     

甲醇发动机的点火正时和喷射正时优选的试验研究

缸内喷射、火花助燃甲醇发动机是在缸内形成一种层状分布的不均匀混合气，为获得优良的燃烧和排放性能，存在一个最佳的点火和喷射正时。此时着火延迟期最短，缸内混合气浓、稀分布最合理，平均火焰传播速度最快，热效率最高，效率和排放折衷最好。本文详细介绍了点火正时和喷射正时的优选过程及对缸内混合气浓度分布及燃烧过程的影响。     

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。     

甲醇汽油双燃料发动机的怠速性能试验

在一台加装了甲醇喷射系统的汽油机上,对不同比例甲醇汽油作用下的发动机怠速特性进行了试验.试验过程中将发动机转速及水温分别控制在800,r/min和90,℃左右,调整甲醇和汽油的喷射脉宽使甲醇比例从0%逐渐增加至100%,同时保证混合气的浓度被控制在理论空燃比附近.结果表明:随着甲醇比例的增加,燃烧效率和指示热效率有所上升;缸内混合气的燃烧速度加快,燃烧持续期明显缩短;平均指示压力的循环变动系数逐渐降低;反映缸间差异的曲轴自由端0.5谐次角位移振动幅值降低.HC、CO和NOx排放的平均值也随甲醇比例的增大而明显降低.     

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。     

采用快速压缩机对甲醇燃料的HCCI燃烧特性的研究

为进一步了解高辛烷值燃料的均质压燃燃烧特性,利用自主研发的快速压缩机,研究了边界条件对甲醇燃料HCCI燃烧特性的影响.试验表明:随着充量温度的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,燃烧温度最大值增加,放热率最大值增加,最大压力升高率增大,最大压力升高率出现时刻提前;随着可燃混合气过量空气系数的增加,可燃混合气的浓度减小,燃烧始点延迟,燃料的最高燃烧温度降低,放热率最大值降低,最大压力升高率降低,着火温度升高,同时反应速率减慢,所以燃烧持续期增加,最大压力升高率减小,最大压力升高率出现时刻延迟.     

掺混策略对聚甲氧基二甲醚/甲醇双燃料燃烧影响的可视化研究

基于一台单缸光学发动机,采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法,开展了不同掺混策略对聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ethers, PODE）/甲醇双燃料燃烧及火焰发展特性的影响研究,其中掺混策略包括P/M20（甲醇和PODE以2∶8的体积比掺混）燃料双喷射模式和缸内直喷PODE引燃预混甲醇混合气的反应活性控制压燃（reactivity-controlled compression ignition, RCCI）模式。结果表明,对于P/M20燃料双喷射模式,随着气道喷射比例增加,低温反应增强,滞燃期缩短,着火时刻显著提前,进而显著改善了燃烧稳定性;对于RCCI模式,随着气道喷射甲醇占比的增加,滞燃期延长,燃烧相位推迟,峰值压力和放热率均降低,并伴随着燃烧稳定性变差。燃烧可视化显示,两种掺混策略下,随着气道喷射比例的增加,蓝色预混火焰占比增大,最大火焰传播速度降低,由于末端未燃混合气浓度增加,火焰发展由明显的扩散燃烧逐渐转变为末端混合气不断出现新自燃点的顺序自燃模式。对比两种掺混策略可以发现,推迟缸内直喷时刻均能在一定程度上优化燃烧相位,显著改善指示热效率,然而其原因侧重点不同：对于P/M20燃料双喷射模式,提高气道喷射比例可以增强低温放热,促进着火,显著改善燃烧稳定性;对于RCCI模式,其燃烧过程主要位于上止点之后,燃烧相位更接近最佳燃烧相位,进一步减小了传热损失和循环负功,因此其具有更高的指示热效率,也更适合PODE/甲醇双燃料燃烧模式。     

CO_2进气道和缸内喷射对柴油准HCCI燃烧的影响

通过开发的气体喷射系统,研究并对比了进气道和缸内喷射CO2对准均质压燃燃烧排放的影响.准HCCI燃烧由两段喷油实现.结果表明:随着缸内和进气道CO2循环喷射量的增大,缸内最高平均温度降低,燃烧相位推迟,最大压力升高率变化不大;NOX排放减小,HC和CO排放增大.等CO2喷射量下,NOx随着缸内CO2喷射始点的提前而减小;缸内喷射的HC和CO排放较进气道喷射的大.随着CO2循环喷射量的增大,进气道喷射的烟度开始变化不大,然后急剧上升;而缸内喷射的烟度变化不大.     

186F柴油机柴油/甲醇不同掺烧方式的试验研究北大核心CSCD

文章在186F柴油试验机上进行了气道喷射甲醇和柴油/甲醇机外混合两种甲醇掺烧方式的燃烧与排放性能对比试验,并以柴油机掺烧甲醇后最大爆发压力降幅不超过5%,最大压力升高率不超过0.6 MPa/°CA为原则,确定了两种掺烧方式的甲醇掺烧范围。试验结果表明:在低负荷时,与柴油/甲醇机外混合方式相比,气道喷射甲醇方式的放热率峰值增加了12.7%,燃烧持续期缩短,缸内平均温度降幅明显,CO和HC的排放量更高,两者的最大爆发压力基本相同;在高负荷时,气道喷射甲醇方式的最大爆发压力提高了0.11 MPa,放热率峰值增加了7.9%,降低NO_(x)和碳烟排放的效果显著,但两者的缸内平均温度差值减小。在最大扭矩转速和标定转速下,气道喷射甲醇的甲醇掺烧比均高于柴油/甲醇机外混合,同时气道喷射甲醇在各工况下的甲醇掺烧比均可调,性能优势更加明显。     

HCCI甲醇发动机燃烧过程三维数值模拟

以AVL-FIRE作为三维瞬态模拟软件,对HCCI甲醇发动机在1500、3000和5000r/min三种工况下燃烧过程进行了数值模拟。结果表明:这三种转速下燃烧过程混合气的速度和浓度分布相似;转速越高,火焰前锋的速度越大,燃烧越迅速,而缸内混合气当量比越小。结果还表明:在排气门开启时刻缸内未燃甲醇的量较高,碳烟的排放量很低,小于1×10-9。计算结果可为HCCI甲醇发动机的燃烧和排放性能改善提供一定的理论依据。     

甲醇均质压燃与混合气温度的关系

利用多功能燃烧弹进行了混合气温度对甲醇均质压燃性能影响的研究,混合气温度作为燃烧的重要边界条件之一,直接影响到燃烧始点、燃烧压力、压力升高率、放热量、放热率以及燃烧持续期等.在90℃至130℃范围内,随着混合气温度升高,着火时刻提前,其变化梯度约为1.2 ms/℃.在90℃、110 ℃和130℃3个试验温度F,最高爆发压力出现的时间相差25ms和28ms;同时温度的提高也引起了压力升高率增大,最大压力升高率依次为0.53 MPa/ms、0.64 MPa/ms和0.77MPa/ms.而且随温度的增加放热量曲线变陡,达到最大放热量所用的时间分别为11ms、7.4ms和5.3ms;最高放热率随温度提高而增大,分别增大为140%和49%;燃烧持续期随混合气温度升高而缩短,这一规律随着混合气浓度的增加而更加明显.     

缸内喷射CO2对柴油机均质压燃影响的初步研究

采用气体喷射系统向气缸内喷射CO2,研究了CO2喷射始点和循环喷射量对均质压燃(HCCI)柴油机燃烧特性和排放特性的影响。试验结果表明:CO2缸内喷射可以有效控制燃烧始点和降低NOx排放。随着CO2喷射始点提前和循环喷射量增大,爆发压力和缸内温度降低,低温和高温放热始点推迟,压力升高率降低;NOx排放降低,碳烟、HC和CO排放升高。另外,燃烧相位的改善,减小了压缩负功,使指示热效率也比未喷射CO2时增大。     

高压喷射对直喷柴油机喷雾及燃烧特性影响规律的仿真研究

建立了2.0L型高压共轨直喷柴油机燃烧系统的仿真计算模型,以其试验结果为基础,仿真分析喷射压力的提高对雾化质量及混合气形成和燃烧过程的影响规律。研究结果表明:喷射压力低于140MPa时,提高喷射压力可以改善雾化质量,促进扩散燃烧过程;当喷射压力超过140MPa以后,高压喷射对喷雾质量基本无影响,但这种超高压喷射可有效缩短喷射持续时间,同时促进混合气的快速形成,有效控制缸内混合气浓度梯度的瞬态分布特性,从而提高扩散燃烧速度,有利于提高热效率,降低CO和碳烟排放。但提高喷射压力同时造成缸内平均燃烧温度升高,使NO排放相对缸内平均温度按自然对数规律增加。     

甲醇预混合气F-T柴油引燃模式下发动机燃烧特性研究

为了提高甲醇在能量转化效率方面的优势,在一台CY25TQ型柴油机上,利用F-T柴油和煤基甲醇研究了甲醇占能比、F-T柴油喷油时刻对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧方式下发动机燃烧特性的影响。试验结果表明:甲醇占能比增加,此燃烧方式滞燃期、持续期波动较大。在平均有效压力为0.45MPa下,缸内最大压力、瞬时放热率峰值、最大压力升率明显降低,最大降幅分别为26.40%、59.25%和58.00%。高负荷时,不同甲醇占能比下F-T柴油喷射时刻调整,能促进压升率进一步降低。与原柴油机扩散燃烧方式相比,虽然采用引燃喷射的双燃料发动机在中低负荷时的有效热效率有所降低,但是随着负荷增加,高负荷下的热效率比原柴油机高,最大提高了17.14%。     

非同步气门正时对高速汽油机进气及燃烧过程的影响

结合某高速进气道喷射五气门汽油机,采用CFD技术和台架试验手段研究了同步与非同步气门正时对高速汽油机进气和燃烧过程的影响。CFD分析结果表明:非同步气门正时能够加强缸内气体流动,提高点火时刻的缸内湍动能,有利于火焰的快速传播,提高燃烧速率。试验结果表明:进气门2提前20°开启,比其他进气门开启时刻的扭矩提高了约3.1%,燃油消耗率降低了约4.2%;进气门2推迟20°开启燃油消耗率降低了约2.6%,发动机扭矩略微降低。非同步气门正时下,发动机HC和CO排放量均降低,进气门2提前20°开启由于缸内温度较高,NO_x排放量增加了约11.3%。进气门2推迟20°开启由于缸内进气量较低,NO_x排放量降低了约6.7%。     

甲醇柴油对增压中冷柴油机燃烧与排放性能的影响

针对在增压中冷柴油机上燃用不同比例甲醇柴油对发动机燃烧和排放性能的影响进行了研究。结果表明：随着混合燃料中甲醇含量的增加,发动机动力性略有降低,使用经济性提高,缸内最大压力和温度降低,NOx和碳烟排放降低,HC排放增加;CO排放小负荷下大幅增加而在大负荷下略有降低。