基于离子电流的缸内直喷汽油机HCCI燃烧检测研究

在缸内直喷汽油机上,对基于离子电流的HCCI燃烧检测方法进行了研究.结果表明,直喷方式下,离子电流信号受背景噪声影响,信噪比较低.当过量空气系数φa＜1.6时,信号特征值与燃烧相位线性对应关系良好;但φa继续增加时,信号幅值大幅减弱,二者线性相关系数显著降低.喷油策略也会对燃烧相位检测结果造成影响,在相同过量空气系数下...     

离子电流法研究电场助燃的可行性分析

在定容燃烧弹内,运用离子电流法,测量了不同加载电压(0~-5,k V)下的甲烷空气预混燃烧产生的离子电流,应用离子电流信号的特征参数分析了电场对甲烷/空气燃烧的影响,并与"光学法"和压力法分析的结果进行了对比.三者获得了一致的结论,电场对燃烧的促进效果随加载电压的增大而增强,且稀燃情况促进效果最明显,其次是浓燃、当量比燃烧.且离子电流法和压力法的对应特征参数的二次拟合相关系数在0.95以上.上述结果可为离子电流法研究电场辅助燃烧的可行性提供理论依据.     

废气稀释和滚流比对汽油机部分负荷燃烧特性的影响

在一台1.8,L汽油机上,研究了部分负荷工况下引入均质废气稀释与提高滚流比对发动机燃油经济性及燃烧特性的影响.其中高滚流比通过进气歧管上的可控翻板实现,并在气道稳流试验台上进行了流动特性试验.结果表明,通过引入废气稀释可以有效改善燃油经济性,燃油消耗率最高可降低18.2%.但过多的废气会使燃烧恶化,带来循环变动升高、总燃烧期延长和燃烧效率下降等问题.将高滚流比与废气稀释相结合,有效弥补废气对燃烧造成的不良影响.滚流比提高后,最大爆发压力与压升率均有明显提升,最高提升幅度分别为24.5%和116.7%,同时循环变动降低.     

工况参数对柴油机离子电流与燃烧相位相关性的影响

通过一台2.0,L柴油机研究了不同EGR率、喷油压力、循环喷油量、转速以及冷却水温等工况参数对柴油机燃烧循环变动及离子电流信号与燃烧相位相关性的影响.结果表明:柴油机燃烧过程产生的离子电流信号特征值与燃烧相位之间的相关系数在不同工况参数下均接近或达到0.8,属于高度相关,可以使用离子电流信号特征值对燃烧相位进行预测;离子电流信号特征值与燃烧相位之间的相关系数受燃烧循环变动的直接影响,降低燃烧循环变动可以有效提高其相关系数.     

乙醇汽油点燃压燃模式颗粒物排放特性试验

为了获得点燃压燃(SICI)模式下乙醇汽油颗粒物排放的规律，通过一台直列4缸汽油缸内直喷(GDI)发动机，研究了空气稀释和废气稀释条件下SICI模式颗粒物数量(PN)的排放特性，探究了乙醇体积分数对PN排放的影响．结果表明：控制点火时刻可以直接调节爆震强度及燃烧相位；在过量空气系数为1.0和1.2工况下，使用体积分数少的乙醇汽油会导致核态PN排放的大幅增加；强爆震会导致核态与凝聚态PN排放急剧恶化，但其粒径分布向凝聚态偏移；中等负荷下废气稀释对燃烧的抑制作用占主导，爆震强度和PN排放降低，小负荷下废气稀释对瞬时放热率和缸内压力影响相对较小，但核态PN排放大幅增加；从降低PN排放的角度，乙醇汽油更加适合一定程度稀燃、中等比例废气再循环(EGR)策略调控下的SICI燃烧．     

CO2稀释对甲烷-高温空气扩散燃烧及NO生成特性影响的化学动力学分析

基于GRI-Mech 3.0详细化学反应机理,利用OPPDIF Code研究了CO2稀释比、预热温度及拉伸率对甲烷-高温空气层流对冲扩散火焰温度、热释放率、组分摩尔分数及NO生成特性的影响.研究结果表明,CO2稀释助燃空气能有效降低火焰中H、O及OH等基团摩尔分数,抑制燃烧过程链传播及链引发反应,从而减缓CH4氧化速率.随着助燃空气中CO2稀释比的增加,火焰最高温度逐渐降低,主氧化区及第二氧化区放热峰值变小,燃烧反应高温区变窄,NO生成指数E显著降低.当稀释比大于20%时,热力型NO随助燃空气温度升高规律并不明显.随着CO2稀释比的增加,快速型NO对NO生成量影响逐渐增强,成为高CO2稀释比下甲烷-高温空气扩散燃烧NO生成的主要路径.     

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力，通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验，对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律．结果表明：稀释燃烧延长了燃烧持续期，降低了有效燃油消耗率(BSFC)，减少了发动机传热损失，并降低了CO排放，稀释方式不同会导致HC和NO_x排放随稀释率的变化规律不同，但在高稀释率下，相比无稀释燃烧，HC排放升高，NO_x排放降低；相较于EGR，空气稀释对燃烧的抑制更弱，稀释边界更宽，BSFC降低效果更好，CO与HC排放显著更低，未燃损失更低，NO_x排放更高，且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在，但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高，这与排气损失更低有关，此时相较原机，BSFC降低了5.7%,NO_x降低了33%，均比φa为1.40时的降幅更大，证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力．     

基于离子电流反馈的失火循环内补火控制试验

基于自行搭建的汽油均质压燃发动机试验台架和离子电流检测系统,针对均质压燃燃烧临界工况进行了离子电流检测和闭环燃烧控制试验研究.分析了正常燃烧、部分失火及完全失火3种状态下的离子电流信号特征,提出了基于离子信号幅值或积分值为反馈信息的失火循环内补火的燃烧控制策略.补火控制试验结果表明,在均质压燃临界工况,离子电流信号幅值或信号积分,都可以作为燃烧失火判断的依据,可以应用于循环内燃烧反馈控制.失火循环内补火控制可以有效降低碳氢排放.     

供油参数对柴油机离子电流特性影响的试验

基于一台2.0,L高压共轨柴油机,并结合自行开发的电子控制与信号采集系统,研究了包括不同喷油压力、循环喷油量和喷油时刻在内的共轨供油参数对柴油机离子电流信号特性的影响.结果表明:离子电流幅值与积分值随喷油压力、循环喷油量的提高与喷油时刻的提前而增大.在不同的共轨供油参数下,离子电流相位总是滞后于燃烧相位,但离子电流相位与燃烧相位的变化规律一致,证明了离子电流信号相位表征燃烧相位的可行性.     

EGR和稀燃对GDI发动机性能和排放特性的影响

稀燃和废气再循环(EGR)技术由于可以改善汽油直喷(GDI)发动机的燃油经济性而成为内燃机重要发展方向之一.通过GDI发动机台架试验,研究了EGR稀释、过量空气稀释(稀燃)和两种技术复合作用对发动机性能和排放的影响.结果表明:稀释率相当的条件下,化学计量比混合气下的EGR对燃烧持续期(CA0-10、CA10-50)和循环变动率(COV)的影响比过量空气稀释更显著,过量空气稀释时发动机的热效率明显高于EGR稀释时的热效率,过量空气稀释率为21.9%时,热效率升高6.3%.EGR稀释时,部分新鲜充量被非反应气体代替,导致氧体积分数明显降低.EGR与过量空气复合稀释时,热效率与过量空气稀释条件下的热效率接近,NO_x排放大幅降低,颗粒物数量(PN)排放与过量空气稀释单独作用时相当,颗粒物表面积浓度排放较低,颗粒物粒径小于EGR稀释和过量空气单独稀释时的粒径.     

汽油机不同稀释方式对性能和排放影响的对比研究

在某自然吸气汽油机上针对全球普遍采用的2000r/min、0.2MPa BMEP和1600r/min、0.26MPa BMEP工况,在台架上对缸内残余废气系数、外部EGR率和过量空气系数(稀薄燃烧)进行了对比试验。分析了上述不同缸内稀释方式对汽油机性能和排放的影响。提出了一个能对三者在同一基础上进行对比的缸内稀释因子α参数,并导出了α与缸内残余废气系数、EGR率及过量空气系数之间的关系式。在α统一基准下对三种稀释方法的试验数据进行对比,并对其影响程度及机理进行分析。研究结果表明:从提高进气压力、减小泵气损失的角度上看,缸内残余废气的影响最明显,稀薄燃烧次之,EGR率的影响最小;从对缸内燃烧过程的影响来看,EGR率的影响最明显,缸内残余废气次之,稀薄燃烧最不明显;从对油耗的改善效果来看,稀薄燃烧的影响最明显,缸内残余废气次之,EGR率的影响最小;从降低缸内氮氧化物浓度的效果来看,EGR率的影响最明显,缸内残余废气次之,稀薄燃烧影响最小。     

甲烷-空气-稀释气的层流燃烧特性研究

介绍并分析了甲烷-空气-稀释气混合气在定容燃烧弹内进行火花点火预混层流燃烧的试验结果。通过对马克斯坦长度和马克斯坦数的测量研究了火焰拉伸对燃烧速度的影响。结果表明,马克斯坦数的数值仅仅与未燃气性质和初始条件相关,而与火焰的发展无关。同时在总结试验和计算数据的基础上,得到了计算甲烷-空气-稀释气层流燃烧速度的计算公式。公式表明,对于甲烷-空气混合气,压力对层流火焰的发展起到了阻碍作用,而温度起了推进作用。     

稀释甲烷/氧气扩散过滤燃烧特性的实验研究

为了研究甲烷质量分数变化对扩散过滤燃烧特性的影响,通过实验对稀释甲烷/氧气在填充床中扩散过滤燃烧的火焰特性以及污染物CO的质量浓度进行研究。结果表明:当甲烷质量分数从0.138增加到0.288,小球填充高度从40 mm增加到200 mm时,同时存在浸没燃烧和表面燃烧;随着甲烷质量分数的增加,表面火焰的高度升高,CO的质量浓度降低,最低时约为12 mg/m~3;随着填充床高度的增加,表面火焰的高度降低,CO的质量浓度增加,最大时约为420 mg/m~3。     

喷油策略对离子电流信号与HCCI燃烧相位相关性的影响

在一台进气辅助加热的缸内直喷HCCI汽油机上,研究了喷油策略对HCCI燃烧离子电流信号与HCCI燃烧相位之间相关性的影响.结果表明:喷油时刻推迟时,缸压和离子电流峰值均减小,燃烧和离子电流特征值相位亦推后;喷油量增加时,缸压和离子电流峰值增大,燃烧和离子电流特征值相位提前;最大燃烧放热率时的曲轴转角dQmax与离子电流差分最小值相位dImin的相关性最高,50%累积放热量对应的曲轴转角CA50与离子电流信号最小值相位Imin次之,10%累积放热量对应的曲轴转角CA10与离子电流起始点相位Ist最低,即使在爆震燃烧发生时,dQmax与dImin依然具有较高的相关性;喷油时刻对离子电流与燃烧相位的相关性影响不大;与二次喷油量相比,首次喷油量的调整对离子电流与燃烧相位的相关性影响更加明显;可通过调整首次喷油量进行基于离子电流的HCCI燃烧相位的闭环控制.     

N_2+H_2O稀释氢/空气混合气层流燃烧特性

氢内燃机废气再循环的主要成分是N2和H2O,探索N2+H2O稀释条件下的氢/空气混合气层流燃烧特性具有重要理论和实际应用.基于定容燃烧测试系统,采用分压法匹配混合气成分,试验研究了稀释条件下的氢/空气混合气层流燃烧特性.结果表明,稀释对于氢/空气混合气的火焰传播有显著的影响:已燃区温度、无拉伸火焰传播速率和氢/空气混合气层流燃烧速度随着稀释率的增加而显著下降;同时,随着稀释率的增大,火焰拉伸率和马克斯坦长度略微减小,火焰的稳定性有所下降.     

直喷汽油机采用不同缸内稀释技术的性能研究

针对一款4缸1.5L废气涡轮增压缸内直喷汽油(GDI)发动机,进行了废气再循环(EGR)缸内稀释燃烧技术、空气缸内稀释燃烧技术与原机燃烧的经济性、排放特性对比试验研究。研究了不同缸内稀释技术对发动机性能和排放影响的变动规律,并对比分析了相同稀释率下、采用不同稀释技术时发动机的性能变化。结果表明:空气稀释率在49.5%时比油耗相比原机下降6.2%,而EGR稀释率在20.5%时经济性改善4.2%,在相同稀释率时,EGR稀释可采用更为提前的点火角实现更优的燃烧相位,但空气稀释所带来的多变指数提升使其经济性优于EGR稀释,且发动机燃烧系统对空气稀释程度具有更强的容忍性;NOx排放在空气稀释率为11.0%时达到峰值水平,随后随着稀释率的提高不断下降,而EGR稀释的NOx排放随着稀释率的提高持续大幅下降;空气稀释的CO排放水平远低于原机,EGR稀释的CO排放随着稀释率的增加而略有下降;对于HC排放,空气稀释的排放量低于EGR稀释,而当空气稀释率由49.5%增加为68.0%时,HC排放出现较大幅度上升。     

基于两阶段燃油喷射的直喷汽油机离子电流特性的试验

基于两阶段燃油直喷的汽油机研究了首次喷油时刻、第2次喷油时刻、两阶段喷油比例以及点火时刻对起动首循环缸内燃烧离子电流特性的影响.分析了不同燃烧边界条件下直喷汽油机缸内燃烧反相离子电流峰值及其相位的变化,进而探讨了缸内压力及放热率之间的关系.此外,分析了分层燃烧直喷汽油机典型燃烧情况下的离子电流波形特征,并且对比了分层混合气和均质混合气燃烧模式下离子电流波形特征.结果表明,调整首次喷油时刻、第2次喷油时刻以及两阶段喷油比例主要是改变缸内混合气形成特性,尤其是火花塞附近的局部混合气浓度,影响了火焰传播速度,进而也影响了形成的离子电流的强弱.提前和推迟点火时刻均导致反相离子电流峰值减小.另外,4种典型的燃烧(失火、部分燃烧、伴有后燃以及正常燃烧)情况下,离子电流波形特征有着显著的差异,且反相离子电流峰值和积分信号在4种情况下依次增大,伴有后燃的情况下在做功冲程后期再次出现离子电流峰值波形.     

EGR中二氧化碳对氢气层流燃烧特性的影响

为了更深入地理解废气中二氧化碳对掺氢燃料燃烧特性的影响,在定容燃烧弹中利用高速摄像系统研究了不同燃空当量比φ(0.6～1.4)和稀释比(0%～40%)下CO2稀释氢气-空气混合气的层流燃烧特性.结果表明:氢气-空气混合气的火焰传播速率随着燃空当量比的增大而增大;马克斯坦长度随着当量比的增大而增大,即火焰的稳定性增强;随稀释比的增大,无拉伸火焰传播速率S1明显减小;同时得到层流火焰燃烧速率,并分析了稀释比对火焰稳定性的影响.通过对试验结果数据拟合,获得了计算氢气-CO2-空气混合气的无拉伸层流燃烧速率的拟合多项式.     

稀释燃烧的火焰稳定性

采用实验研究的方法探讨了反应物预热温度与稀释率两个因素对稀释燃烧火焰稳定性的影响.实验以氮气稀释的甲烷-空气对冲扩散火焰为研究对象,确定了不同反应物预热温度与氧化剂稀释率(氧气体积分数)时火焰的熄火极限,结果表明,增大反应物预热温度拓宽了火焰稳定燃烧区域,而增加氧化剂稀释率(降低氧气体积分数)会降低稀释火焰的稳定性,二者对火焰稳定性的影响作用相反.为了进一步分析反应物预热温度与稀释率对火焰稳定性的影响程度,引入了估算的Damkohler数,分析表明,在实验研究范围内,反应物预热温度对火焰稳定性的影响比稀释率的影响显著,是火焰稳定性的主要影响因素.     

CO2和N2稀释对CO混合燃料扩散火焰NO生成排放特性的影响

以CO为主燃料的混合燃料为研究对象,以层流对冲扩散火焰为基础,应用CHENKlN软件的OPPDIF模型,采用包含53种组分、325个基元反应的甲烷燃烧详细反应机理(GRI-Mech 3.0),研究以CO为主燃料混合燃料燃烧特性和NO抑制措施.结果表明:CO2和N2无论是稀释空气侧还是燃料侧都可以显著降低NO的生成,稀释...