喷油参数对直喷汽油机怠速微粒排放影响的试验研究

在一台直喷汽油机上针对怠速工况通过改变喷油时刻和喷油量对微粒排放特性进行了试验研究,研究结果表明:偏浓与偏稀的混合气都会导致怠速工况微粒数量浓度的增加,微粒数量浓度粒径分布呈单峰分布,曲线峰值出现在微粒直径69.8~93.1nm之间,数量级在107~108,主要形态为聚积态。随着喷油时刻的提前,微粒数量浓度因燃油与空气混合时间的增加而减少,粒径分布呈单峰分布,积聚模态微粒数量浓度大于核模态数量浓度,数量级在107~108,微粒表面积浓度随着喷油时刻的提前而减小。     

EGR率对乙醇/生物柴油混合燃料燃烧及排放特性的影响

在一台经过深度改装的四缸直喷水冷柴油机上,燃用乙醇与生物柴油的混合燃料,研究了EGR率与燃料特性对柴油机燃烧及排放的影响.结果表明:EGR系统的介入以及乙醇的掺混均可减小燃烧过程中缸内压力和放热率峰值.燃用同种掺混比的燃料,随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期出现了不同程度的延长,当量燃油消耗率升高,有效热效率降低.EGR率不变时,燃用不同掺混比的混合燃料,随乙醇质量分数的增加,滞燃期与燃烧持续期逐渐延长,当量燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高.NO_x的排放量在EGR引入后出现了显著下降,HC排放量升高.相同EGR率下,随着乙醇掺混比的提高NO_x排放量略微下降,HC排放量表现出先减小后升高的趋势.相比纯生物柴油,乙醇的掺混可以显著减少大粒径颗粒物的数量.EGR率的变化对核模态粒子的数量影响不明显,但聚集态粒子的数量会随着EGR率的提高出现较为明显的增多.将乙醇、生物柴油和EGR系统三者相耦合可改善柴油机的燃烧及排放特性.     

天然气合成油对高压共轨柴油机燃烧及微粒排放粒度分布的影响

针对高压共轨增压中冷柴油机燃用不同GTL添加比例的GTL/柴油混合燃料,试验研究了不同工况下微粒排放粒度分布特征,分析了GTL添加比例对燃烧及微粒排放粒度分布的影响。研究结果表明:与石化柴油相比,燃用GTL/柴油混合燃料能够降低排气烟度,但当GTL添加体积比超过20%后,排气烟度的改善趋势减缓,高负荷工况更明显。随着GTL添加比例增加,预混合燃烧放热率峰值及缸内压力升高率峰值降低,峰值相位提前,扩散燃烧放热率峰值变化不大。发动机燃用GTL燃料时的微粒数量浓度呈双峰对数分布,核态微粒数量浓度峰值在25%负荷时达到最大值,随着负荷增加峰值降低且逐渐向大粒径方向移动;积聚态微粒峰值随着负荷增加而升高。对于不同GTL添加比例的混合燃料,在中等转速工况,随着GTL添加比例增加,总微粒及积聚态微粒数量浓度增加,核态微粒数量变化不大;高转速工况,燃用G20混合燃料总微粒及核态微粒数量最少,增大GTL添加比例则核态微粒及积聚态数量均有所增加。     

推迟供油提前角对生物柴油发动机燃烧和排放性能的影响

在直喷式增压柴油机上进行了供油提前角对生物柴油发动机动力性、经济性和排放性能影响的研究。试验结果表明:与柴油相比,推迟供油提前角后生物柴油的动力性下降,燃油经济性恶化,NO_x和烟度排放均有不同程度的降低。推迟供油提前角对生物柴油的喷油压力和滞燃期影响不大,但喷油始点和燃烧始点均迟于柴油。与柴油相比,推迟供油提前角后最高气缸压力下降,放热峰值出现时刻提前,指示热效率降低。燃烧始点与NO_x排放的相关性最大,喷油始点和放热峰值出现时刻也与NO_x排放呈弱相关性。     

柴油引燃天然气发动机不同喷射时刻和引燃油量下的燃烧和颗粒排放特性研究

在一台改装的柴油引燃天然气发动机上对不同的柴油喷射时刻和引燃油量(喷射油量)下的燃烧和颗粒排放进行了试验研究,并对相关的燃烧和颗粒排放特性进行分析。研究结果表明:随着喷射时刻和引燃油量的变化,柴油引燃天然气发动机的颗粒排放呈现单峰分布,其粒径分布无太大的变化,峰值粒径出现在29nm附近。随着喷射时刻的提前,纳米级颗粒数量浓度显著增加,颗粒的质量浓度呈现先减小后增加的趋势,滞燃期逐渐推迟,总燃烧持续期先减小后缓慢增加,相应的放热率曲线型心在逐渐靠近上止点后逐渐远离;随着引燃油量的增加,柴油引燃天然气发动机滞燃期和总燃烧持续期持续减小,放热率曲线型心逐渐靠近上止点,发动机排放颗粒的数量浓度明显减小,但其颗粒的质量浓度逐渐增加。     

EGR对GDI汽油机燃烧和排放特性的影响

通过改变EGR率,在一台GDI汽油机上进行了EGR对燃烧和排放特性影响的试验.结果表明:加入EGR后,燃烧持续期增大;且随EGR率增加,着火时刻先提前后延迟;放热率曲线峰值逐渐降低且后移,放热过程迟缓,缸内压力和缸内温度逐渐降低,压力峰值前移.此外,EGR率增加导致NOx排放逐渐降低,最高降低比例达80%以上,THC和CO排放逐渐增加,最大增加比例分别约为25%和7%.GDI汽油机排气颗粒物呈核态和积聚态的双峰分布;积聚态颗粒物峰值数密度随EGR率升高逐渐降低,核态颗粒物峰值数密度和颗粒物总数量浓度在加入EGR后均明显增加,核态和积聚态颗粒物峰值粒径受EGR的影响较小.     

高低压EGR系统对低速柴油机性能和排放影响的研究

以某型6缸低速二冲程柴油机为研究对象,建立GT-POWER一维仿真模型,研究高、低压EGR系统对柴油机性能及排放的影响。研究结果表明:随着EGR率的上升,高压EGR系统中压气机运行点从中心高效区向低效区和流量减小的方向移动,而低压EGR系统的流量和压比变化较小;高压EGR系统缸内压力始终低于低压EGR系统,在低负荷时,导致燃烧速度和放热率峰值低于低压EGR系统;燃油消耗率随着EGR率的增加呈上升趋势,当EGR率增加到一定程度时燃油消耗率上升更明显,并且高压EGR系统燃油消耗率明显高于低压EGR;两种EGR系统都能降低NO_x排放,但相同EGR率时,高压EGR系统NO_x减排效果更好。     

BTL/柴油混合燃料对柴油机瞬态工况微粒粒度分布的影响

试验研究了不同添加比例的生物柴油(BTL)混合燃料对高压共轨柴油机瞬变工况下微粒排放的影响,分析了不同瞬变率工况下微粒粒度分布特征,揭示了燃料理化特性对柴油机瞬态工况微粒排放粒度分布的影响规律。研究结果表明:瞬态工况下石化柴油、生物柴油燃料微粒粒数排放均呈双峰结构,核态微粒峰值在10nm附近,积聚态微粒峰值在60nm附近;石化柴油燃料微粒排放以大粒径积聚态微粒为主,占微粒总数的55%以上;BTL燃料微粒排放以小粒径核态微粒为主,占微粒总数的96%以上。随着工况瞬变率的减小,BTL燃料、石化柴油微粒平均数量排放均逐渐减少,BTL燃料下降更明显;石化柴油核态微粒排放受瞬变率的影响较为显著,BTL燃料受瞬变率的影响不明显。对于不同添加比例的生物柴油混合燃料,在小瞬变率工况,微粒排放数量随添加比例的增加缓慢上升;在中等瞬变率工况,添加比小于30%时微粒排放数量基本不增加,但核态微粒所占比例略有上升;在高瞬变率工况,添加比例大于10%时微粒排放数量大幅度上升。     

压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料瞬变工况下燃烧及微粒排放特性分析

针对压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料稳态及瞬态工况下的燃烧及微粒排放粒度分布特征进行了试验研究,分析了汽油掺入比例及EGR对发动机稳态及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬变工况超细微粒数量排放的影响规律.结果表明:在大负荷工况下采用高汽油掺入比例的汽油/柴油混合燃料能够在不引起NOx显著增加的前提下进一步降低排气烟度,有助于拓展预混合燃烧过程负荷工况范围;但较高汽油掺入比例易导致油气过度混合,对HC及CO排放有不利影响,尤其会导致小负荷工况下CO排放显著增加.综合考虑不同负荷工况下运行情况,认为汽油掺入比例在40%,~50%,左右较为适宜.燃用汽油/柴油混合燃料时排气颗粒物更趋于细化,其微粒几何平均粒径较柴油明显降低.瞬变工况增负荷过程中,各模态微粒数量浓度均有所升高,随汽油掺入比例增大积聚态微粒数量增加程度变缓,当汽油掺入比例达到50%,时,在高瞬变率工况时积聚态微粒数量无明显增加.高比例EGR条件下,瞬变过程中积聚态微粒数量浓度在增负荷初期便急剧增加,燃用汽油/柴油混合燃料有利于缓解瞬态工况积聚态微粒数量急剧增加的程度.     

提高DMCC发动机高负荷下甲醇替代率试验

在一台由增压中冷的电控单体泵柴油机改造成的柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)发动机上,为了扩展高负荷下甲醇的最大替代率,研究了通过调整喷射时刻和排气背压并结合废气再循环(EGR)技术来提高甲醇最大替代率时对燃烧和排放的影响.试验中选择欧洲测试标准稳态循环(ESC)A(1,660,r/min)、B(2,090,r/min)转速下的75%,和100%,负荷,结果表明:在高负荷下采用EGR技术不仅可以大幅度提高甲醇最大替代率,还可以降低最高燃烧压力和压力升高率,显示了DMCC燃烧方式对EGR具有良好的兼容性;增加排气背压和推迟喷射时刻也可提高甲醇最大替代率,高转速下增加排气背压的效果更优.通过上述方式,高负荷下甲醇最大替代率从30%~50%,提高至66%~75%,,当甲醇最大替代率时,预混燃烧比例大幅度增加,放热更为集中,燃油消耗率的最大降低幅度为13.83%,.甲醇最大替代率时与低EGR率相耦合,NO_x和soot排放均同时大幅度降低.     

DME预混比和柴油供油提前角对PCCI发动机性能影响

在一台2105柴油机上采用进气道预混DME一缸内直喷柴油的复合方式实现PCCI燃烧,研究了DME预混比和柴油供油提前角对预混合压燃(premixed charge compression ignition,PCCI)发动机燃烧、排放特性和燃油经济性影响。研究结果表明:随DME预混比增加,PCCI发动机燃烧始点逐渐前移,缸内压力峰值增大,放热过程由两阶段放热变成三阶段放热,且放热率曲线整体前移,NO_x、碳烟排放和当量燃油消耗率均降低,而CO和HC排放及有效热效率均逐渐升高;随柴油供油提前角增大,PCCI发动机燃烧始点相应提前,缸内压力峰值逐渐增大,放热过程由三阶段放热变成两阶段放热,NO_x排放大幅升高,碳烟排放明显下降,CO和HC排放及当量燃油消耗率先下降后增加,而有效热效率则先升高后降低,     

轻型柴油机EGR与喷油正时的协同性能研究

以一台高压共轨轻型柴油机为样机,研究废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)和喷油正时协同作用对发动机燃烧特性、燃油消耗率、氮氧化物(NOx)和HC排放的影响。研究结果表明:随着EGR率增大,缸内最大压力有所下降,瞬时放热率峰值有所减小。随着喷油提前角增加,缸内最大压力增大,瞬时放热率峰值先增大后减小。EGR率与缸内最大压力降幅、瞬时放热率峰值降幅均具有较好的线性关系。随着EGR率的增大和喷油提前角的减小,NOx排放降低,燃油耗增加,而且存在一个最佳的EGR率和喷油提前角的组合区域使HC排放达到最低。为了实现降低NOx排放的同时有效控制燃油消耗率和避免HC排放升高,低负荷时选择高EGR率并结合大喷油提前角的控制策略;中等负荷时选择适中EGR率结合适中喷油提前角的控制策略。     

汽油/柴油双燃料发动机的低速高负荷扩展

在一台改造的单缸发动机上开展了进气道喷射汽油、缸内直喷柴油的双燃料燃烧模式的低速高负荷扩展研究.结果表明:汽油/柴油双燃料发动机高负荷工况需配合高比例废气再循环(EGR),当采用原机相同工况的进气压力时,由于进气量不足抑制了高EGR率的应用,导致高NO_x排放.通过提高进气压力,稳定燃烧对应的柴油喷油时刻范围变宽,汽油比例上限提高,降低了燃烧控制的难度.但由于汽油/柴油双燃料发动机的汽油高度预混合特性及直喷柴油引起的局部不均匀性,导致缸内最大压力升高率(MPRR)及碳烟排放偏高,限制了其向更高负荷的扩展.在提高进气压力的同时,通过提高汽油比例及EGR率,实现了在限定条件下向更高负荷的扩展及燃油消耗率的降低.相比于原柴油机,汽油/柴油双燃料发动机高负荷扩展的受限因素由进气增压前的高NO_x排放转变为增压后的高压力升高率.     

EGR/生物柴油燃烧过程数值模拟研究

利用CFD耦合化学动力学机理建立柴油机生物柴油燃烧化学反应动力学模型,研究了EGR对生物柴油燃烧和排放特性的影响,结果表明:随着EGR率的增加,着火时刻逐步滞后,缸内平均温度峰值下降,缸内平均压力峰值先升高后降低。在高当量比(0.6)和高EGR率时,EGR对生物柴油燃烧的影响程度变大。EGR率为55%时,对于当量比为0.43的工况,NOx排放降低了91%;当量比为0.6的工况,NOx排放降低了98.3%。Soot生成量随EGR率增加快速增加。增加当量比,EGR对Soot的影响加剧。     

乙醇/生物柴油双燃料发动机燃烧过程与排放特性的研究

研究了气口预喷射乙醇、缸内直喷生物柴油双燃料系统的燃烧特性和排放特性.研究表明,随着乙醇预混合比的增加着火时刻推迟,峰值放热率增加.在较小的总当量比下,峰值放热率增加幅度不大,最大气缸压力和最高温度降低,放热结束时刻差别较小.在较大的当量比下,燃烧持续时间拉长;但随着乙醇比例的增加峰值放热率增加很快,放热结束时刻显著提前,最大压力升高率在预混合比例为20%～40%的某点达到极值,此时热效率最高.乙醇的加入使得HC和CO排放明显增加,但是却使得Nox和碳烟排放同时大幅度下降.在1 800 r/min的各种负荷下,Nox和碳烟排放相对纯生物柴油降低35%～85%.     

煤基柴油及其混合燃料对发动机燃烧与排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用煤基F-T合成柴油(CTL)及其与碳酸二甲酯(DMC)的混合燃料进行了燃烧和排放特性试验,揭示了燃料特性和排气再循环对燃烧过程、NOx及微粒排放的影响规律.结果表明:发动机燃用CTL时的有效热效率升高,燃烧过程中滞燃期较短,预混合燃烧量减少,压力升高率明显降低,有利于改善柴油机工作的平顺性.与国V石化柴油相比,燃用CTL燃料时消光烟度、核态微粒、超细微粒及总微粒数量浓度明显降低,积聚态微粒数量浓度略有增加,有利于同时降低微粒质量和数量排放.引入排气再循环(EGR)可以进一步降低CTL燃料的NOx排放,在EGR率达到30%,时,NOx排放降低近75%,.在CTL中添加含氧燃料DMC,有利于抑制EGR导致的烟度增加,与国V柴油相比,在EGR率为30%,条件下,D15燃料消光烟度和微粒总数量的降幅分别为69.1%,和53.9%,.燃用CTL/DMC混合燃料同时引入EGR可以同时降低NOx、消光烟度、微粒质量和数量排放,有利于缓解柴油机NOx和PM之间的矛盾关系.     

喷油参数对丁醇/柴油混合燃料燃烧及排放影响

针对高压共轨柴油机,研究了不同喷油压力和主预喷间隔角度下,正丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及颗粒物排放的影响规律.结果表明:柴油中掺混正丁醇后,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧持续期缩短,碳烟及颗粒物排放大幅降低,微粒粒径减小,核态微粒比例增加,NO_x排放变化不大.喷油压力由80MPa提高至100MPa,混合燃料消光烟度明显降低,继续提高喷油压力不但对碳烟排放降低作用减弱,还会进一步造成NO_x排放增加,同时核态微粒数量明显增加.主预喷间隔角度过小会造成主预喷燃油燃烧重叠,使碳烟排放增加,随主预喷间隔角度增加,总微粒、积聚态微粒数量浓度明显降低,核态微粒比例增加,当主预喷间隔角度增大到20°CA后,继续增大主预喷间隔角度对碳烟排放降低作用不明显.     

柴油喷射压力对HCII燃烧过程影响的可视化

均质混合气引燃(HCII)的燃烧方式融合了柴油机与汽油机的优点,具有提高发动机指示热效率、改善排放的潜力.通过光学发动机,采用高速摄影和燃烧分析系统,研究纯柴油(缸内直喷)与汽油均质混合气柴油引燃两种工作模式下柴油喷射压力对燃烧特性的影响.结果表明:随着柴油喷射压力的提高,两种燃烧模式的燃油雾化质量改善,滞燃期缩短,着火时刻提前,缸内压力和放热率峰值增大,峰值位置提前,同时着火面积增大,燃烧速率加快.在相同柴油喷射压力下,HCII燃烧模式的着火点较为分散,着火时刻相比纯柴油更早,但火焰发展初期速度较慢.纯柴油模式在各喷射压力下均有扩散燃烧特征,中、高喷射压力时扩散燃烧现象更加明显,HCII燃烧模式在低喷射压力下为预混合燃烧和扩散燃烧共存.中等喷射压力下,视窗内分布大片蓝色火焰,着火面积较大,为典型的预混燃烧.高喷射压力下,前期燃烧主要为汽油均质混合气的预混燃烧,放热率峰值点之后以柴油的扩散燃烧为主.     

EGR对生物柴油/异丁醇混合燃料燃烧与排放的影响

在一台四缸四冲程水冷高压共轨柴油机上研究了生物柴油/异丁醇混合燃料在不同EGR率下的燃烧及排放特性.试验结果表明:随EGR率的升高,缸内压力和放热率峰值降低,燃料滞燃期延长,燃烧持续期先缩短后延长,NO排放与核模态颗粒物数密度降低;当EGR率小于6%时,CO和HC污染物的排放都保持在较低水平.相较于生物柴油,燃用混合燃料降低CO污染物的排放;随异丁醇掺混比例的增加,缸内压力与放热率峰值逐渐升高,CO排放降低,但HC与NO的排放逐渐升高,核模态颗粒物数密度升高,积聚态颗粒物数密度和颗粒物质量浓度有不同程度的下降.     

进气氧浓度和喷油正时对柴油机低温燃烧特性影响的试验研究

在一台四缸增压直喷式柴油机上进行不同进气氧浓度和喷油正时对柴油燃料低温燃烧特性影响的试验研究。研究结果表明:降低进气氧浓度,缸内压力和放热率峰值迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,有效燃油消耗率增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低,CO排放增加。当进气氧浓度较高时,碳烟排放变化较小,而随着进气氧浓度的进一步下降,碳烟排放急速增加。在相同的进气氧浓度下,随着喷油正时的提前,滞燃期先减小后增大,CA50逐渐向上止点靠近,最大压力升高率增大,燃油消耗率下降,NO_x和碳烟排放增大,CO排放减小。