基于首次着火循环的低温冷起动特性(Ⅱ)

在一台125cm^3单缸风冷电控喷射LPG发动机上,进行了单循环冷起动实验研究．通过分析发动机最初几个循环的瞬时转速、缸压以及HC排放,得到了发动机首次着火循环冷起动时的燃烧及排放情况．在对首次着火循环分析的基础上,研究了过量空气系数、环境温度、点火提前角和蓄电池电压对LPG发动机首次着火循环燃烧情况的影响．结果表明,蓄电池电压影响发动机冷起动首次着火循环的HC排放,同时对首次着火循环的起动转速也有影响;点火提前角对首次着火循环起动转速影响较大,但对单循环冷起动时的HC排放影响不大;LPG发动机首次循环可靠起动的最佳点火提前角为上止前10℃A．     

电控喷射LPG发动机冷起动失火特性

为加强冷起动阶段的排放控制,在一台125 cm3单缸电控喷射LPG点燃式发动机上进行了冷起动失火特性的试验研究.通过程序设计,以电控断点火方式造成发动机在所设定循环的完全失火,研究了冷起动过程不同循环在单循环失火、连续两循环失火和连续三循环失火的起动转速和HC排放,并对冷起动前120循环在不同失火率时的HC排放进行了研究.通过试验找到了影响LPG发动机冷起动过程起动转速和HC排放的关键着火循环,即理想的首次着火循环及其次循环.发动机理想的首次着火循环失火对起动时的HC排放和转速影响最大.在首次着火循环的下一循环失火对起动HC排放影响次之,而其余循环的失火对起动HC排放影响基本相同.提高起动初期发动机转速有利于后续循环的稳定运行.HC排放与失火率呈一定比例关系.失火率增加1倍时,HC排放升高约1倍.当失火率超过500/时,HC排放总量急剧升高.     

基于首次着火循环的低温冷起动特性

从发动机首次着火循环的单一循环特性分析入手,研究了以液化石油气(LPG)为燃料的电控喷射小型点燃式发动机低温冷起动首次着火循环的燃烧情况.当环境温度从-9~4℃变化时,对不同过量空气系数对冷起动的首次着火循环的影响进行分析,结果表明环境温度对冷起动首循环的HC排放有很大影响,而对着火或起动瞬态转速影响不大;过量空气系数直接影响发动机冷起动首循环的着火可靠性和HC排放.通过研究,得出保证此LPG发动机首次着火循环可靠起动时的最佳过量空气系数为0.74左右.     

LPG单一燃料电控发动机冷起动控制的研究

根据LPG发动机冷起动的特点，设计了LPG发动机冷起动控制策略，在4缸直列单一LPG气态进气道多点顺序喷射发动机上进行了9℃、15℃和20℃的冷起动试验研究。试验结果表明：通过优化初始燃油喷射脉宽、起动喷射脉宽衰减梯度、初始节气门开度、节气门开度衰减梯度等控制参数，可以实现LPG发动机燃烧稳定、起动可靠，并尽可能缩短浓混合气供给时间；为保证可靠起动，LPG发动机和汽油发动机在起动阶段都需要浓混合气，但相对于汽油机，温度对LPG发动机能够成功起动的初始喷气脉宽的影响不是很明显，使用LPG燃料可以缩短起动阶段提供浓混合气的时间，起动过程中为产生相同的转矩，LPG发动机需要较大节气门开度。     

点燃式发动机燃用不同燃料的冷起动着火特性

基于循环控制策略,在一台125 mL单缸四行程电控喷射点燃式发动机上,分别燃用汽油、LPG和甲醇3种燃料进行了冷起动瞬态工况着火特性的试验研究.在只喷射一次燃料的情况下,确保汽油、LPG和甲醇发动机可靠起动时,研究循环喷射量和环境温度的影响.试验结果表明,循环喷射量对汽油和LPG发动机可靠起动影响显著,合适的循环喷射量即可保证汽油和LPG发动机可靠起动;环境温度对甲醇发动机可靠起动影响最显著,循环喷射量次之,环境温度低于16 ℃时,不采取辅助起动措施,低喷射压力下喷多少燃料都不能使甲醇发动机起动;同一喷射时刻,汽油和LPG发动机可实现"即喷即着"的理想着火,甲醇发动机要比汽油和LPG发动机晚一个循环着火.     

冷起动首循环瞬态HC排放特性试验研究

从循环控制的角度,详细研究了LPG点燃式发动机冷起动首循环瞬态HC排放特性。试验在一台电控LPG进气道喷射单缸风冷四冲程、125mL发动机上进行。通过高速采集系统记录发动机首循环瞬态HC排放、瞬时缸压和转速,分析了瞬态HC排放与其他参数之间的关系。研究表明：随着过量空气系数的变化,首循环瞬态HC排放在一个较宽的混合气浓度变化范围内平缓变化,并稳定在较低的水平。首循环瞬态HC排放的最小值出现在缸内燃烧最好的燃空当量比附近。当首循环混合气浓度过浓或者是过稀时,瞬态HC排放迅速增加。首循环瞬态HC排放随点火角度的推迟,其变化规律为先增加再减少,随点火角度不断推迟,在膨胀行程中氧化的燃料不断增加,当点火角度推迟到一定限值,缸内燃烧不能进行,瞬态HC排放急剧增加。     

冷起动首循环瞬态HC排放与进气道燃料输运特性的关系

从循环控制的角度,详细研究了液化石油气(LPG)点燃式发动机冷起动首循环瞬态HC排放和进气道燃料输运特性.研究结果表明,有一定比例的气态LPG燃料不能进入缸内,残留在进气道内.进气道残留的HC体积分数随首循环混合气空燃比的增加而增大,而残留比例随首循环混合气空燃比的增加而减少;进气道残留HC体积分数和比例随节气门开度的增加而降低;喷射相同燃料时,喷射时刻对残留HC体积分数和比例没有影响,但如果喷射发生在进气门开启之后,将导致燃烧的恶化.     

基于循环控制的LPG点燃式发动机冷起动首循环NO瞬态排放特性研究

从循环控制的角度，详细研究了LPG点燃式发动机冷起动首循环NO瞬态排放特性。实验在一台电控LPG进气道喷射单缸风冷四冲程125cm^3发动机上进行。通过高速采集系统记录发动机首循环瞬态NO排放、瞬时缸压和转速，从实验结果中分析发动机NO瞬态排放与其他参数之间的关系。研究表明：在稀燃工况下NO排放能更准确地反映着火的发生，可以作为首循环着火的判断依据；NO排放和循环缸压都随过量空气系数先增大后减小，最大缸内爆发压力发生在略浓的混合气浓度，而最大NO排放发生在较稀的混合气浓度；NO瞬态排放随循环缸压在稀燃、过渡和浓燃区呈现出不同的变化规律，首循环最佳过量空气系数应控制在过渡区域。     

LPG点燃式发动机冷起动首循环进气富氧试验研究

基于循环控制,详细研究了LPG点燃式发动机冷起动首循环进气富氧的燃烧及排放特性。试验在一台电控LPG进气喷射单缸风冷四冲程125 mL发动机上进行,采用膜式富氧方法实现富氧进气燃烧。研究表明:当过量空气系数大于0．7时,富氧进气燃烧缸压峰值与空气相比增加不显著,此后随混合气加浓,富氧进气燃烧缸压峰值开始明显大于常规空气进气燃烧;过量空气系数在0．4～0．876时,富氧进气燃烧与常规空气进气燃烧相比,HC排放没有较大降低,在此范围之外,富氧显著降低HC排放;过量空气系数在0．4～0．7,富氧与空气相比CO显著降低;富氧进气燃烧,使得首循环NO排放大幅增加;计算放热率发现,富氧燃烧速度比常规空气进气燃烧更快,放热更集中。     

复合喷射汽油机冷起动首循环颗粒物数量排放与失火控制

基于复合进气道喷射与缸内直喷两套喷射系统的汽油机,使用进气道喷射(PFI)、缸内直喷(GDI)及复合喷射(PDI)方式,研究不同喷射模式对汽油机冷起动首循环及前10循环的燃烧以及颗粒物数量排放的影响.研究结果表明:复合喷射可大幅降低直喷发动机冷起动首循环颗粒物数量排放;基于离子电流缸内诊断技术可实现冷起动首循环失火诊断与补火控制,避免失火,失火循环补火再燃后的颗粒物数量排放与GDI模式冷起动基本相同,但可避免HC排放恶化.     

排气门正时对柴油机冷起动性能的影响

通过在一台单缸直喷柴油机上进行实验,分析了不同排气门正时条件对柴油机冷起动过程燃烧及排放性能的影响.结果表明,通过调节排气门关闭正时,适当增大缸内残余废气量,可显著改善起动过程初始着火循环的着火燃烧性能和提高起动过程缸内燃烧的稳定性.不同排气门关闭条件对起动过程的排放有着非常重要的影响.适当提前排气门关闭时刻,可以显著降低冷起动过程的烟度排放,特别是降低冷起动过程初始阶段的烟度排放.而对于NO2排放,由于残余废气具有很强的热效应,随着排气门关闭时刻提前,Nox排放呈上升趋势.     

直喷式柴油机起动过程燃烧分析

为了快速、定性分析柴油机起动过程中的燃烧状态,在直喷式柴油机上进行冷机与热机起动过程实验,提出用瞬时转速和示功图对柴油机起动进行燃烧分析的方法．实验结果表明,冷机起动过程中有失火现象,用瞬时转速可以判断着火首循环和失火循环．根据示功图形状及燃烧状态,定义了4种燃烧状态以及相对应的4种典型示功图形式,将起动过程划分为4个阶段．热机起动初始期和过渡期很短,而冷机起动有明显的4个阶段．不完全燃烧或失火是柴油机起动过程、燃烧过程控制优化的重点,多出现在起动初始期和过渡期．     

柴油-小桐子掺混油柴油机工作过程及循环变动分析

以柴油和柴油-小桐子掺混油在单缸水冷四冲程柴油机上进行试验,测录了多循环的瞬时气缸压力与高压油管燃油压力,对比分析了不同转速的全负荷工况与标定点转速不同负荷工况,燃用柴油与掺混油的喷油与燃烧过程及燃烧过程中各参数的循环变动.结果发现,喷油率随转速升高而升高;喷油始点随转速升高略微推迟,随负荷增大而提前;掺混油燃烧始点早于柴油,燃烧始点随转速升高延后,随负荷增大而提前,燃烧始点的循环变动量随转速升高而增大;高转速、高负荷时的最高燃烧压力循环变动率较小;掺混油的最大燃烧压力升高率低于柴油,最大压力升高率循环变动率随转速升高、负荷减小而增大.     

Effects of exhaust gas recirculation (EGR) on combustion and emissions during cold start of direct injection (DI) diesel engine

Through experiments conducted on a single cylinder direct injection (DI) diesel engine, effects of exhaust gas recirculatoin (EGR) on combustion and emission during cold start were investigated. Combustion of first firing cycle can be promoted significantly by introducing EGR. In experiments, when partially closed choking valve and partially or fully opened EGR valve, peak cylinder pressure of first firing cycle was about 45% higher than that under normal condition without EGR, and the start of combustion (SOC) was also much earlier. EGR also had effects on combustion stability. In the case, which kept 50% or 100% opening of EGR valve (OEV) and kept 100% opening of choking valve (OCV), more stable combustion process was achieved when common rail pressure decreased during cold start. However, excessive amount of EGR led to extreme unstable combustion and even misfiring. Opacity and NO emissions were also analyzed in detail. In the case with maximum EGR, the lowest average opacity, which was less than 4%, was achieved during initial several firing cycles of cold start. But in the later phase, excessive amount of EGR led to a great deal of white smoke emission. NO emission during initial phase of cold start is mainly affected by increase in fuel amount of injection. When combustion became stable gradually, EGR showed significant effect on NO reduction.     

燃用小桐子油柴油机怠速工况工作过程及循环波动

采用柴油、柴油-小桐子掺混油、小桐子油、高温小桐子油,在单缸水冷四冲程柴油机上进行了怠速工况试验,测录了多循环的瞬时气缸压力与高压油管燃油压力,对比分析了喷油与燃烧过程中各参数的循环波动。结果发现,怠速工况喷油过程中,喷油持续期的循环波动最明显,小桐子油的喷油始点滞后,喷油持续期长,喷油压力大,喷油过程的循环波动略大;怠速工况燃烧过程中,最大燃烧压力升高率和滞燃期的循环波动率最为明显,小桐子油滞燃期略短,燃烧压力升高率小,最高燃烧压力低,滞燃期和最大燃烧压力升高率的循环波动明显大于柴油;燃用小桐子油增大了原机的循环波动,怠速运转不如柴油稳定。     

Realizing low emissions on a hydrogen-fueled spark ignition engine at the cold start period under rich combustion through ignition timing control

This paper analyzed low emissions on a hydrogen-fueled spark ignition (SI) engine at the cold start period under rich combustion through ignition timing (IT) control. Cold start characteristics of hydrogen-fueled engine were investigated experimentally. The study was performed under different IT. The results demonstrated that when excess air ratio (λ) was 0.7 and IT varied from 25 °CA BTDC to 10 °CA ATDC, the peak cylinder pressure of the first cycle and the successful start time (SST) of hydrogen engine first increased and then decreased with the retard of IT. At 15 °CA BTDC, the hydrogen engine gained the shortest SST and the highest cylinder pressure in the first cycle. Flame development period (CA0-10) first shortened and then lengthened, and flame propagation period (CA10-90) prolonged when IT gradually retarded. The average NOx emissions efficiently reduced by 90.2%, HC and CO emissions caused by the evaporated lubricant oil reduced individually by 33.8% and 19.7% in the first 6 s during the cold start process with the retard of IT. Especially when IT delayed from 25 °CA BTDC to 15 °CA BTDC, the effect of IT on HC emissions was significant.