直喷天然气发动机燃烧效率分析

利用快速压缩装置对直喷天然气发动机的效率进行了分析。在宽广的当量比范围内，分析了三种燃料喷射方式下和均匀混合气燃烧时的燃烧效率。结果表明，燃油喷射方式下的燃烧效率在0．2－0．9当量比范围内均具有较高的数值并与喷射方式无关；在当量比小于0．2和大于0．9时，由于CO的原因，使燃烧效率降低。均匀混合气燃烧时，燃烧效率在当量比大于0．7时较高，而当量比小于0．7时，由于很高的未燃甲烷的生成使燃烧效率损失较大。燃料喷射燃烧与均匀混合气燃烧相比，维持高燃烧的比范围宽。因未燃甲烷的生成造成的燃烧效率的损失与喷油时刻无关，因CO造成的燃烧效率的损失随喷油滞后而增加。     

燃油喷射正时对直喷式天然气发动机性能的影响

使用快速压缩装置研究了燃油喷射正时对直喷式天然气发动机性能的影响。研究结果表明,提早喷射（喷射正时60ms)会降低燃烧初期放热速率而增加后期放热速率;推迟喷射（喷射正时75ms)会增加燃烧初期放热速率而降低后期放热速率;在喷射持续期结束时（喷射正时80ms)点火放热持续期最短;提早喷射增加火焰发展期而推迟喷射会增加后燃期;在当量比相同且大于0.8的条件下,提早喷射会产生相对量低的CO,而推迟喷射会产生相对量高的CO;在当量比为0.6-0.8时,不同喷射正时条件下NOx均较高,喷射推迟NOx降低;在当量比为0.5-0.8时,燃烧效率较高,当量比小于0.5或大于0.8时燃烧效率都会降低。     

利用火花点火式快速压缩装置进行天然气直喷分层燃烧可行性的研究

利用快速压缩装置进行了天然气直喷分层燃烧可行性的研究。结果表明 :天然气分层燃烧具有短的初期火焰发展期和主燃期以及高的燃烧压力。分层燃烧可使稀燃极限延伸到很小的当量比。由于过度分层 ,CO在当量比大于 0 .8时急剧增加 ,而 NOx 的峰值也因充量分层而出现在小当量比处。燃烧效率在当量比处于0 .1～ 0 .9范围时高于 0 .92 ,在极小当量比时由于未燃混合气淬熄 ,在当量比时由于过度分层而使燃烧效率降低。根据燃烧产物计算的燃烧效率与根据放热分析获得的燃烧效率一致。因此 ,天然气直喷分层燃烧在宽广的当量比范围内可望实现高效燃烧火花助燃发动机的宽广的高效燃烧。     

天然气直喷燃烧的可视化研究

利用高速摄影装置开展了天然气直喷燃烧的可视化研究。研究结果表明:缸内形成的分层充量分布与喷射方式有关,双点平行喷射和单点喷射将比双点对向喷射形成的充量分层强。双点平行喷射和单点喷射时火焰将向燃料喷流的下流区发展,而双点对向喷射时火焰显示出由燃烧室中心向外围方向发展的特征。天然气直喷燃烧呈现出湍流燃烧特征的皱褶火焰前锋面。通过优化喷射正时形成的可燃分层充量可实现直喷天然气超稀燃烧。     

点火位置对天然气直喷超稀燃烧影响的基础性研究

利用快速压缩装置进行了点火位置对天然气直喷超稀燃烧的基础性研究，研究结果表明：对于给定的当量比来说，存在一个最佳点火位置，在此位置点火时可以获得最短的燃烧持续期、最大的压力升高值、最高的燃烧效率，最快的燃烧放热率和最低的CO和未燃碳氢排放。最佳点火位置随当量比的减小而移向喷油嘴出口位置。当点火位置靠近喷油嘴出口位置时，稀燃极限可以延伸到更小的当量比，但可着火的当量比的范围变得狭窄。当量比大于0.1时，燃烧效率将维持在较高的数值；当量比小于0.1时，因未燃燃油所占的比例增加，燃烧效率明显降低。     

利用快速压缩装置研究天然气直喷燃烧循环变动

利用快速压缩装置研究了天然气直喷燃烧循环变动，研究结果表明：借助于分层燃烧和由燃料喷射的湍流引发的快速火焰传播，天然气直喷燃烧在小当量比条件下能实现良好的燃烧稳定性，低的压力峰值循环变动，低的压力升高率峰值循环变动和低的燃烧放热率峰值循环变动，研究发现燃烧期和燃烧产物的循环变动。CO和未燃碳氢的循环变动依赖于后续燃烧期的循环变动，NOx的循环变动依赖于快速燃烧期的循环变动。在燃烧最佳喷射条件下，天然气直喷燃烧的循环变动随当量比的变化并不敏感。     

掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇发动机燃烧和排放的影响

在一台电控共轨发动机上,试验研究了乙醇掺混比例和喷射定时对二甲醚-乙醇混合燃料燃烧及排放的影响。结果表明:随乙醇比例的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,最大压力升高率上升。随喷射推迟,滞燃期延长,燃烧相位延后,燃烧持续期在纯二甲醚时延长,而在掺混乙醇时则先延长后缩短,最大压力升高率先下降后上升。掺混乙醇和推迟喷射使预混燃烧比例增加。随喷射推迟,混合燃料的排气温度升高,喷射推迟到上止点后,排气温度随乙醇比例的增加而升高,排气温度高,则废气能量高,增压器增压比大,进气流量大,导致缸内压缩压力升高。在上止点前喷射时,掺混乙醇能使HC和CO排放保持在较低范围的同时,一定程度降低NO_x排放,掺混15%的乙醇较纯二甲醚最大降低约11%NO_x排放。随推迟喷射,NO_x排放降低,最大降幅达52%,在过分推迟燃料喷射时,因热效率低,循环喷射量增加,含15%乙醇混合燃料的NO_x排放会高于纯二甲醚。HC和CO排放随喷射推迟而升高,且升高幅度增大。     

添加高比例丁醇对柴油机燃烧和排放的影响

通过试验结合数值模拟的方法,研究了1,400,r/min、平均指示压力1.0,MPa工况下柴油机采用丁醇/柴油混合直喷和双喷射两种方式的燃烧和排放特性.结果表明,双喷射方式的指示热效率降低且指示比油耗明显升高;混合直喷方式具有最长的滞燃期,而丁醇高的汽化潜热是滞燃期明显延长的主要原因.两种喷射方式的燃烧持续期均比纯柴油的短,混合直喷方式的燃烧持续期最短.与纯柴油相比,混合直喷和双喷射的NOx排放分别增长了28%和9%,燃烧过程中具有更宽的高温区域是混合直喷方式NOx排放升高的原因.混合直喷方式的碳烟排放比纯柴油方式降低约40%,其原因是掺混丁醇后降低了燃烧总体当量比和改善了局部当量比分布均匀性.双喷射由于局部当量比过浓,造成燃烧过程中碳烟峰值较高,而对碳烟最终排放的改善效果不如混合直喷方式.     

不同喷射时刻缸内直喷天然气燃烧特性

利用快速压缩装置研究不同喷射沓刻缸内直喷天然气燃烧特性。结果表明，天然气直喷燃烧可实现快速燃烧，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可明显缩短燃烧期。与均匀混合气燃烧相比，碳氢的排放增加，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可达到均匀混合气燃烧时相同的排放量。在很宽的当量比范围内，NOx增加，而CO仍维持很低数值，且不受喷射时刻的影响，直喷天然气燃烧可实现较高的压力升高值，且其数值不受喷射时刻的影响，所达到的高燃烧效率也不受喷射时刻的影响。     

直喷压燃式发动机燃用柴油/碳酸二甲酯的燃烧特性和放热过程研究

在一台直喷式发动机上开展了燃用柴油／碳酸二甲酯混合燃料的燃烧特性与放热过程研究。结果表明，随碳酸二甲酯含量的增加，预混燃烧推迟，扩散燃烧期缩短。在中高负荷区，相同平均有效压力下，缸内最高压力、最高压力升高率和最大放热率随碳酸二甲酯含量的增加而增加，而在低负荷区基本上不随碳酸二甲酯含量的增加而改变。着火滞燃期随碳酸二甲酯含量的增加而增加，而快速燃烧期和燃烧持续期不随碳酸二甲酯含量的变化而改变。随碳酸二甲酯含量的增加，燃油消耗率增加，等热值燃油消耗率降低。CO和烟度随碳酸二甲酯含量的增加而降低，NOx随碳酸二甲酯含量的变化，但变化不大。     

利用快速压缩装置进行直喷天然气发动机燃烧特性的研究

利用快速压缩装置开展了直喷天然气发动机燃烧特性的研究,分析了3种不同喷射方式下的燃烧特性并与均相混合气燃烧进行了对比。研究结果:上喷天然气燃烧比均相混合气燃烧的最大压力高,在宽广的当量比范围内具有短的火娄发展期和快速燃烧,克燃烧放热率和压力升高率基本上与喷射方式无关。喷射方式与均相混合气相比,燃烧放热率,压力升高率大。缩短喷油和点火间的时间间隔将缩短火焰发展期和快速燃烧期,其时间间隔的优化对直喷天然气发动机极为重要。直喷天然气发动机的燃烧方式为预混控制充量分层燃烧,此燃烧方式燃烧速率,排放低。     

F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

在两种不同供油提前角下研究了燃用F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放特性的影响,结果表明:发动机不做任何调整时,与0号柴油相比,燃用F-T柴油的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力和最大压力升高率较低,燃油消耗率和热效率都得到了改善,HC、CO、NOx和碳烟排放同时降低。当供油提前角推迟3℃A时,燃用F-T柴油燃烧持续期明显缩短,预混燃烧放热峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率进一步降低,扩散燃烧放热峰值略有升高,燃油消耗率变化不大,NOx排放进一步降低, HC、CO和碳烟略有增加,其中HC排放与原柴油机相当,而CO和碳烟仍远低于原柴油机。     

基于目标起动转速变化规律的起动过程瞬态喷油量控制策略研究

提出了一种基于目标起动转速变化规律的起动过程瞬态喷油量的控制策略以改善柴油机起动性能,详细介绍了这种控制策略的起动过程瞬态喷油量的确定方法,并在2.8T型4缸直喷高压共轨柴油机上与恒定油量控制方法和标定转矩MAP控制方法进行了台架对比试验。结果表明:标定转矩MAP控制方式虽然NO_x排放量最低,但燃烧效率普遍较低,HC与CO排放水平较高;而基于目标转速变化规律的控制策略可根据起动过程中目标转速的变化所对应的需求转矩精确地控制起动过程各循环的瞬态喷油量,实现对起动过程喷油量的循环控制,使各循环燃烧效率均保持在高水平,有效地降低了CO_2排放,且在保持HC和CO排放水平较低的前提下明显降低了NO_x排放量,同时很好地改善了起动到怠速的过渡过程转速的波动现象。     

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。     

用快速压缩装置研究直喷式天然气发动机排放特性

使用快速压缩装置进行了直喷式天然气发动机排放特性的研究。测量了三种不同方式下的排放，并与均相混合气燃烧情况进行了对比。实验结果表明，在宽广的当量比范围内，天然气直喷方式的燃烧效率高于0.95。由于混合气的分层燃烧，天然气喷射方式在宽广的当量比范围内保持较低的HC排放量，同等功率下的低CO2排放量，低NOx排放量，其NOx排放在理论当量比处的降低更为明显。直喷天然气发动机既具备柴油机发动机效率高的特点，又具备预混燃烧发动机排放低的特点。     

基于调制多脉冲喷油模式的柴油预混合燃烧和排放特性的研究

在MULINBUMP-HCCI燃烧系统基础上,通过柔性调制多脉冲喷射的脉冲脉宽和间隔,形成了不同的喷油模式,以研究调制的多脉冲喷油模式对早喷HCCI燃烧和排放的影响。试验结果表明,改变多脉冲喷油模式,可以提高HCCI热效率,获得更高的输出功率,同时保持低的NOx和碳烟排放。5次和6次多脉冲喷射,递增式喷油方式具有很大的优势;对比不同次数的多脉冲喷射发现,增加多脉冲喷射次数可以扩大HCCI的负荷范围、提高指示热效率和降低CO排放。在110°CABTDC喷油定时,6次多脉冲喷射递增喷油方式6PIM相对于5次多脉冲喷射5PIM喷油方式的pIMEP和指示热效率分别提高了27.6%和13%,而CO排放减少了230%。     

Effects of Fischer-Tropsch diesel fuel on combustion and emissions of direct injection diesel engine

Effects of Fischer-Tropsch (F-T) diesel fuel on the combustion and emission characteristics of a single-cylinder direct injection diesel engine under different fuel delivery advance angles were investigated. The experimental results show that F-T diesel fuel exhibits shorter ignition delay, lower peak values of premixed burning rate, lower combustion pressure and pressure rise rate, and higher peak value of diffusion burning rate than conventional diesel fuel when the engine remains unmodified. In addition, the unmodified engine with F-T diesel fuel has lower brake specific fuel consumption and higher effective thermal efficiency, and presents lower HC, CO, NO_x and smoke emissions than conventional diesel fuel. When fuel delivery advance angle is retarded by 3 crank angle degrees, the combustion duration is obviously shortened; the peak values of premixed burning rate, the combustion pressure and pressure rise rate are further reduced; and the peak value of diffusion burning rate is further increased for F-T diesel fuel operation. Moreover, the retardation of fuel delivery advance angle results in a further significant reduction in NO_x emissions with no penalty on specific fuel consumption and with much less penalty on HC, CO and smoke emissions.