燃料添加剂改善燃料均质自燃着火的研究

应用质谱检测器研究了燃油(含过氧化物添加剂)均相受热燃烧(分解)行为．实验结果表明,过氧化物类添加剂能有效改善燃料着火能力,添加剂起作用的有效温度范围为500～900 K．质谱检测结果与发动机实验结果有很好的一致性,表明设计的实验是研究和筛选HCCI燃料添加剂的一个简便可靠的方法,为今后这一领域的研究提供了一个快速和有力的工具．     

汽油、正丁醇掺混柴油对部分预混压燃的燃烧和排放影响

通过一台高压共轨重型柴油机,使用汽油/柴油和正丁醇/柴油掺混燃料,掺混比例为40%、60%和80%(体积分数),研究了平均有效压力(BMEP)为0.48 MPa和0.95 MPa工况下汽油和正丁醇燃料掺混对柴油部分预混压燃(PPCI)模式的燃烧和排放影响.结果表明:随着汽油和正丁醇掺混比例的提高,滞燃期明显延长,更大程度地将喷油与燃烧过程分离,实现高比例预混燃烧.在BMEP为0.48 MPa工况下,各比例掺混燃料均易实现高比例预混燃烧,掺混比例为40%结合EGR即可满足欧Ⅵ排放限值,而掺混比例为80%时燃烧则受到压力升高率极限和燃烧效率恶化的约束.随BMEP升至0.95 MPa,各燃料滞燃期缩短、预混燃烧比例明显降低,掺混比例为40%和60%时,各掺混燃料均呈明显的扩散燃烧过程.相比于汽油,正丁醇掺混燃料在较低掺混比例可获得更低的有效燃油消耗率(BSFC)和soot排放,正丁醇以高掺混比例(80%)结合中等EGR率实现了87%的预混燃烧比例,NOx以及颗粒物排放分别为0.4 g/(kW·h)和0.001 5 g/(kW·h).     

基于遗传算法的柴油PCCI发动机喷射参数的优化

利用遗传算法优化预混压燃（PCCI）柴油发动机的喷油压力、喷射夹角和喷射定时3个喷射参数的匹配关系,以达到氮氧化物和碳烟排放及指示燃油消耗率的最佳值．计算中将非支配排序遗传算法（NSGA2）、KIVA-3V和主从式并行算法（Master-Slave）耦合成KIVA3V-NSGA2-MS程序,优化PCCI燃烧以搜寻最优的...     

缸内废气中不完全氧化产物对汽油机HCCI着火的影响

均质压燃(HCCI)着火受控于化学反应动力学,缺乏直接调控手段,是HCCI研究核心之一.废气重压策略是实现汽油机HCCI的一种有效手段,废气除了加热、稀释等作用,其中存留的不完全氧化产物影响着火前化学反应动力学过程,改变HCCI着火时刻.为研究缸内实际残留不完全氧化产物对HCCI着火的影响规律和机制,根据缸内气体取样分析结果,利用汽油替代燃料详细氧化机理开展化学反应动力学仿真分析.结果表明:醛类、醇类和炔烃有较强的促进HCCI着火能力,甲烷则表现一定的抑制作用;考虑实际缸内各物质摩尔分数,在所研究工况下,CH2O、C2H2和C2H4对促进着火贡献最大,各不完全氧化产物对HCCI着火的协同影响近似等于各物质单独影响的简单叠加.     

基于HCCI发动机着火特性的柴油三组分表征燃料详细化学动力学模型

构建了一个由正庚烷、甲苯和环己烷组成,并加入正庚烷与甲苯的交叉反应,三组分柴油表征燃料的详细化学动力学机理模型,包含1 171种物质、4 580个基元反应.基于着火时刻对于均质充量压燃(HCCI)燃烧的重要性,以着火点为主要衡量标准,采用单区燃烧模型,以不同比例的三组分表征燃料详细化学反应动力学机理模拟HCCI燃烧的燃烧始点,根据HCCI发动机试验数据,确定了三组分机理的最佳组分质量比为8∶1∶1(正庚烷∶甲苯∶环己烷).还对单组分(正庚烷)、最佳比例的双组分(正庚烷、甲苯)和最佳比例的三组分机理进行了比较验证,对3种机理模拟得到的着火滞燃期和放热率的结果进行对比,详细分析了环己烷对表征燃料滞燃期的调整作用,以及交叉反应的加入对表征燃料的影响.结果表明:新的柴油三组分详细机理可以更为准确地描述柴油HCCI着火时刻.     

HCCI发动机着火时刻控制参数的研究

以二甲醚、甲烷/丙烷混和物、异辛烷/正庚烷混合物作为燃料，模拟研究了燃料成分、压缩比、燃空当量比、进气温度、进气压力对均质充量压燃（HCCI）发动机着火时刻的影响。计算结果表明：随燃料十六烷值的增加，着火延迟期减小；随燃料辛烷值的增加，着火延迟期增加。而压缩比，燃空当量比，进气温度对三种燃料着火时刻有显著影响。进气压力的变化对高十六烷值的燃料着火延迟期影响较小，但对辛烷值高的气体燃料着火延迟期影响比较明显。     

大缸径船用柴油机部分预混压燃的试验研究

以某中速船用柴油机为研究对象,试验研究了基于二次喷射技术对船用柴油机性能和燃烧特性的影响。结果表明,基于二次喷射技术可以实现大缸径船用柴油机部分预混压燃(partially premixed compress ignition,PPCI)燃烧模式,二次喷射的预喷正时、预喷油量及燃油喷射压力对PPCI燃烧过程有明显影响。通过二次喷射策略在单缸机开展试验研究,确定了适用于大缸径船机的PPCI燃烧的燃油喷射控制策略:在平均有效压力(break mean effective pressure,BMEP)为0.3MPa时,采用105MPa喷射压力、上止点前20°预喷时刻和20%预喷油量,在BMEP为0.6MPa时,选择120MPa喷射压力、上止点前35°预喷时刻和28%预喷油量的喷油策略,可以实现较为理想的PPCI燃烧,燃油消耗率可改善3.1%～6.2%,碳烟排放降低51%～62%,压升率降低58%～70%。     

ODPP/OESC旋流火焰的试验与模拟研究

利用三维旋流燃烧系统,对稀氧部分预混/富氧补燃(ODPP/OESC)火焰结构和污染物生成特性进行了试验研究,降低稀氧体积分数、提高富氧体积分数,动力火焰呈现轴向拉伸趋势,而扩散火焰长度则逐渐缩短;同时,动力燃烧区和扩散燃烧区温度逐渐降低,NO_x排放量显著下降,CO排放量则有所提高。相同工况下数值模拟结果显示,ODPP/OESC改变了动力燃烧区的NO_x生成机理,是NO_x排放量降低的根本原因。ODPP/OESC基于燃料/氧化剂空间体积分数分布的物理过程控制,有效均衡了动力燃烧区与扩散燃烧区的反应速率,可实现CO与NO_x排放的平衡控制。     

利用缸盖振动速度识别HCCI发动机着火时刻

着火时刻是HCCI燃烧控制的基本反馈参数,为此,基于振动速度信号对HCCI发动机着火时刻进行了识别.建立了295 HCCI发动机机体、缸盖有限元模型,模拟分析了缸盖表面振动速度与压力升高率之间的关系,指出缸内峰值压力出现之前,缸盖振动速度信号和压力升高率有相近的变化规律,可利用缸盖振动速度信号估计发动机的着火时刻.295 HCCI发动机上的实测结果也表明了利用缸盖振动速度信号识别着火时刻的可行性.根据缸盖表面振动速度得到的着火时刻滞后于压力升高率表征的着火时刻,滞后角度在2.4°～3.7°CA之间,以3.05°CA作为系统滞后,相对于根据压力升高率表征的着火时刻,缸盖振动速度获得的着火时刻波动在±0.65°CA之间.     

改善HCCI发动机着火性能的燃油添加剂的研究进展

本文综述了改善HCCI低负荷着火添加剂的研究进展,着重介绍了添加剂的选择依据及添加剂改善着火的作用机理.本文指出二烷基过氧化物类燃油添加剂具有良好的应用前景和下一步需要解决的问题.     

压燃式天然气发动机着火和敲缸的试验研究

提出了一种压燃式天然气发动机燃烧系统。该燃烧系统采用了低散热的分隔式燃烧室和复合供气系统,即利用分别安装于进气管和气缸盖上的高、低压天然气喷射阀在一个工作循环中的分时供气,以在副燃烧室内形成较浓的混合气,在主燃烧室内形成稀混合气。在接近压缩终点处,副室内的混合气首先着火,其火焰喷入主燃烧室点燃其中的稀混合气。在单缸试验机上研究了这一燃烧系统的着火起动特性和敲缸现象。试验结果说明：仅采用进气道低压喷射天然气的供气方式在发动机气缸内形成天然气／空气的均质混合气,可很容易地实现压缩着火和起动发动机;电热塞温度、进气温度及副室与主室之间通道尺寸对发动机的着火和起动性有显著的影响,可以实现仅利用电热塞辅助加热即可在常温进气条件下起动发动机。在主、副燃烧室内实现混合气浓度的时间-空间控制,以实现混合气浓度分层,有助于避免敲缸现象。     

二甲醚(DME)在压燃式发动机上应用研究的新进展

大量的研究表明二甲醚(DME)是压燃式发动机的一种较为理想的代用清洁燃料，本文介绍了迄今为止DME在压燃式发动机上应用研究的最新进展。研究人员借助各种先进手段对DME的热物性和喷雾、燃烧特性进行了深入的研究，从理论上探讨了DME的燃烧过程及其能实现超低排放的机理，试验研究了发动机在不同工况下的各项性能指标。在此基础上一些国家开发出了新型的DME燃料供给和喷射系统，并成功应用在车辆上。     

柴油/汽油反应活性控制压燃发动机喷油协调控制与排放特性研究

对某4缸高压共轨柴油机进气道进行改造,搭建了柴油/汽油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,设计了柴油/汽油双燃料RCCI燃烧汽油喷射控制策略,实现了全工况下汽油与柴油的协调喷射控制,系统地研究了不同运行工况下,不同汽油替代率对柴油机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:采用柴油/汽油双燃料RCCI燃烧控制策略,发动机可在其运行工况范围内实现高效清洁燃烧,随着汽油替代率的增加,发动机缸内最高压力逐渐增大,缸压峰值出现时刻推迟,放热率峰值降低,燃烧持续期延长,燃油消耗率降低,有效热效率升高,全碳氢、CO排放增加,NO_x和碳烟排放降低。     

层流预混火焰传播速度与火焰稳定传播界限的测定

采用本生灯法和直管法测定了液化石油气（LPG）、甲烷与氢燃料质子交换膜燃料电池（PEMFC）阳极尾气与空气的三种不同浓度混合气的层流火焰传播速度。此外,对三种不同浓度可燃混合气火焰的稳定传播界限也进行了测定。实验结果为多燃料燃烧器的开发提供了设计依据。     

缸内双直喷系统压燃式发动机燃用甲醇和乙醇的性能比较

在双喷射系统的压燃式发动机中，用一个喷射器喷射乙醇或甲醇作为主要燃料，另一个喷射器喷射作为引燃着火源的柴油，开展了负荷特性下的性能和排放试验。试验结果表明，在相同功率下，燃用乙醇的发动机比燃用甲醇的发动机燃油经济性要好，但其NOx烟度、THC和CO的排放较高。     

湍流对缸内存在催化燃烧的HCCI发动机燃烧与排放特性的影响

将发动机多维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKIN Ⅲ及DETCHEM相耦合,模拟了湍流模型对缸内存在催化燃烧的HCCI发动机燃烧及排放特性的影响.发动机以甲烷为燃料,其表面和空间化学反应采用了详细的动力学机理.分析了两种湍流模型对缸内存在催化燃烧的HCCI发动机着火时刻、缸内温度场及HC、CO、NO浓度场的影响,结果表明当采用RNG k-ε模型时,与采用标准k-ε模型相比,HCCI发动机着火时刻会有所延迟,HC、CO排放有所升高,但Nox的排放将会有大幅降低.     

燃料特性对HCCI发动机燃烧和工况范围影响

在一台改装的4缸直喷柴油机上进行燃料特性对均质压燃(HCCI)燃烧和工况范围影响的试验研究.试验选用6种不同燃料:基础燃料(PRF)、汽油以及基础燃料与乙醇混合物.控制6种发动机运转条件:不同进气温度(tin)、进气压力(pin)和转速.结果表明:在某些运转条件下,汽油着火时刻最早,而在另一些运转条件下,PRF着火时刻最早,这就表明燃料特性对HCCI燃烧过程的影响依赖于发动机运转条件.选用敏感性燃料协同合理的运转条件控制,对于运行工况范围的拓展具有更大潜在优势.CAS0(放热完成50%所对应的曲轴转角)与辛烷值指数(OI)具有很好的相关性,OI越高,着火越晚.然而,使用基础燃料与乙醇的混合物时,OI与着火时刻不具有相关性.     

甲醇替代率对柴油/甲醇反应活性控制压燃发动机性能的影响

对某4缸高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了柴油/甲醇双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,系统地研究了甲醇替代率对发动机经济性和污染物排放的影响规律.结果表明:最大转矩转速1600 r/min下,负荷率25％～50...     

基于光学发动机的柴油/聚甲氧基二甲醚引燃乙醇对比研究北大核心CSCD

为了改善内燃机燃烧与排放,探究反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧规律,在一台轻型光学发动机上对比了缸内分别直喷柴油和聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)引燃进气道喷射乙醇的燃烧特性。通过调节缸内直喷的喷油时刻和喷油比例,对燃烧过程进行了可视化试验分析。结果表明:随喷油时刻不断推迟,缸内燃烧压力与放热率呈现先增后减的趋势,喷油时刻在上止点前20°时燃烧效果最好。随着缸内直喷燃油比例的增加,每循环燃烧压力峰值和放热率峰值不断增加,燃烧相位提前,燃烧更充分。利用高速成像技术获得的图片结果显示:两种引燃模式下火焰均发生于近壁区域并向四周扩散。火焰亮度最高和面积最大的时刻出现在燃烧始点附近。PODE引燃乙醇时火焰场中无曝光区域而柴油引燃乙醇时存在较多曝光区。PODE/乙醇燃料组合相对于柴油/乙醇燃料组合的缸压和放热率峰值更高,滞燃期和燃烧持续期更短,燃烧效率更高,碳烟生成量更少。     

JCCI发动机预混合着火与燃烧过程的模拟

结合实机试验数据,运用AVL FIRE程序分析了射流控制压缩着火燃烧方式的着火过程及废气再循环(EGR)率和柴汽油掺混比例对燃烧过程的影响.结果表明:主燃烧室内的柴油预混合气被从点火室内喷出的燃烧产物迅速引燃,实现了柴油预混合燃烧着火相位的主动控制;主燃烧室内的柴油预混合气具有预混合多点自燃和低温燃烧的特点;随着EGR率的增加,主燃烧室内着火时刻略有延迟,NOx排放下降;随着汽油比例的增加,放热减缓,火焰传播越来越显著,NOx排放下降.