喷射参数对二甲醚PPCCI发动机燃烧与排放特性的影响

在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。     

预喷射对柴油机燃烧及排放影响的实验研究

本文首先介绍了在多缸机上进行单缸电控喷油的实验方案,包括单缸功率、油耗的测量,进气流量的调节等。之后通过实验和燃烧放热分析,详细对比研究了预喷射与单次喷射对柴油机燃烧过程的影响。     

聚甲氧基二甲醚/汽油双燃料火花辅助压燃燃烧和排放特性研究

对一台4缸缸内直喷汽油机的进气歧管和活塞进行改造,搭建了聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)/汽油双燃料火花辅助压燃(spark assisted compression ignition,SACI)发动机试验平台,以PODE和汽油分别作为直喷和进气道燃料,系统地研究了直喷策略、进气温度和点火正时对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响规律。结果表明:在转速为1600 r/min、负荷为0.4 MPa时,不同直喷正时的试验工况下,双燃料SACI燃烧存在3种不同的燃烧模式。随着直喷正时的提前发动机燃烧趋向于均质压燃,但过于靠前的直喷正时会使得发动机起燃变得困难,不完全燃烧比例增加。在稳定燃烧的前提下发动机在接近均质压燃的燃烧模式下可以获得更高的热效率,同时实现极低的NO_x和颗粒物排放。提高进气温度能够显著降低不完全燃烧比例并促进燃料起燃,使得发动机能在更早的直喷正时稳定运行,同时抑制了总碳氢(total hydrogen carbon,THC)和CO排放,但对低温燃烧模式下的NO_x排放影响较小。进气温度80℃下的最佳热效率相比40℃下提高了11.3%,对应的直喷正时提前了30°。提前点火能够促进燃烧的完全进行从而提高热效率,并有效降低THC和CO排放。在较短的喷油—点火间隔下,点火正时的变化能够改变燃烧进程从而实现对燃烧相位的控制。随着直喷正时的提前,点火正时对燃烧的影响减弱。基于合适的进气温度和点火正时,发动机使用汽油/PODE双燃料可以在接近均质压燃的燃烧模式下实现高效清洁的燃烧。     

聚甲氧基二甲醚-甲醇混合燃料的燃烧与排放特性研究

将甲醇按体积比0、10%、20%、30%分别掺混到聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)中制备出PODE-甲醇混合燃料,并依次标记为M0、M10、M20和M30,在一台高压共轨发动机上研究了最大转矩转速不同负荷下混合燃料的缸内燃烧过程和排放性能。结果表明:在PODE中添加甲醇后,各负荷下缸内压力降低,滞燃期逐渐延长,放热始点推迟。低负荷和中负荷时甲醇体积比的增加会使放热率峰值先增加后减小,而高负荷下放热率峰值却逐渐升高。甲醇体积比较低时,各负荷下燃烧持续期缩短;当甲醇体积比为30%时,中低负荷下燃烧持续期延长,各负荷下燃烧重心(CA50)推迟。掺烧甲醇可以降低NO_x浓度,M30较M0降低幅度为28.1%;而随甲醇体积比的增加,各负荷下HC和CO排放量均呈上升趋势,烟度则先减小后增大。甲醇的低温氧化使混合燃料的甲醛排放量上升,同时NO_2排放量及NO_2占NO_x比例随甲醇体积比的升高而增加,与纯PODE相比,低负荷下M30的NO_2排放量和NO_2占NO_x比例增幅分别为65%和107%。     

高原环境下聚甲氧基二甲醚对柴油机燃烧和排放性能的影响

以掺混不同体积分数（10%、20%）聚甲氧基二甲醚（polymethoxydimethyl ethers, PODE）的柴油为含氧燃料,采用某军用泵机组柴油机进行发动机台架试验,通过控制进气压力模拟高原地区柴油机进气条件,模拟海拔0~4 000 m时含氧燃料对发动机外特性、燃烧特性和排放性能的影响。结果表明,低海拔下,该柴油机燃用掺混PODE燃料后功率低于燃用0号车用柴油,燃油消耗率升高。随海拔升高,柴油机燃用掺混PODE燃料后功率和燃油消耗率逐渐接近燃用纯柴油。当海拔达到4 000 m时,柴油机燃用掺混20%体积分数的PODE燃料后功率平均增加3.6%,燃油消耗率平均下降1.2%。海拔4 000 m、柴油机2 000 r/min、100%负荷下,燃用掺混PODE燃料后燃烧位移前移,缸压峰值、放热率峰值提高,滞燃期和燃烧持续期缩短。不同海拔下,燃用掺混PODE燃料后CO、HC排放显著降低,NO_x排放有所增加。     

掺混策略对聚甲氧基二甲醚/甲醇双燃料燃烧影响的可视化研究

基于一台单缸光学发动机,采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法,开展了不同掺混策略对聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ethers, PODE）/甲醇双燃料燃烧及火焰发展特性的影响研究,其中掺混策略包括P/M20（甲醇和PODE以2∶8的体积比掺混）燃料双喷射模式和缸内直喷PODE引燃预混甲醇混合气的反应活性控制压燃（reactivity-controlled compression ignition, RCCI）模式。结果表明,对于P/M20燃料双喷射模式,随着气道喷射比例增加,低温反应增强,滞燃期缩短,着火时刻显著提前,进而显著改善了燃烧稳定性;对于RCCI模式,随着气道喷射甲醇占比的增加,滞燃期延长,燃烧相位推迟,峰值压力和放热率均降低,并伴随着燃烧稳定性变差。燃烧可视化显示,两种掺混策略下,随着气道喷射比例的增加,蓝色预混火焰占比增大,最大火焰传播速度降低,由于末端未燃混合气浓度增加,火焰发展由明显的扩散燃烧逐渐转变为末端混合气不断出现新自燃点的顺序自燃模式。对比两种掺混策略可以发现,推迟缸内直喷时刻均能在一定程度上优化燃烧相位,显著改善指示热效率,然而其原因侧重点不同：对于P/M20燃料双喷射模式,提高气道喷射比例可以增强低温放热,促进着火,显著改善燃烧稳定性;对于RCCI模式,其燃烧过程主要位于上止点之后,燃烧相位更接近最佳燃烧相位,进一步减小了传热损失和循环负功,因此其具有更高的指示热效率,也更适合PODE/甲醇双燃料燃烧模式。     

燃烧参数对汽油/柴油双燃料HPCC性能和排放影响的试验

在一台改造的单缸柴油机上,转速为1,500,r/min、平均指标压力为0.9,MPa工况进行了不同参数对汽油/柴油双燃料高比例预混合低温燃烧(HPCC)方式燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,调整EGR率和汽油比例可实现HPCC燃烧过程优化,在保持发动机高燃油经济性的前提下使NOx和碳烟(Soot)排放大幅降低;进气压力对Soot的影响不明显,但进气压力过低将限制汽油比例的提高,NOx排放偏高,进气压力过高使燃烧效率和热效率降低;提高柴油喷油压力,滞燃期延长,最大压升率及最大爆发压力降低;提高喷油压力可同时降低NOx和Soot排放,但喷油压力对燃烧效率、指示油耗、HC和CO排放影响不大.在HPCC燃烧中,通过优化EGR率、汽油比例、进气压力和柴油喷油压力,在不使用后处理器的前提下可使NOx和Soot排放分别低于0.4,g/(kW.h)和0.003,g/(kW.h),并保持较高的热效率,但HC和CO排放偏高,需要采用有较高转换效率的氧化后处理器加以解决.     

预喷射对柴油机燃烧及排放影响的实验研究

本文首先介绍了在多缸机上进行单缸电控喷油的实验方案 ,包括单缸功率、油耗的测量 ,进气流量的调节等。之后通过实验和燃烧放热分析 ,详细对比研究了预喷射与单次喷射对柴油机燃烧过程的影响。     

后喷射策略下生物柴油对发动机燃烧和排放影响的数值模拟

以正庚烷-癸酸甲酯(MD)-癸烯酸甲酯(MD9D)简化机理为基础,构建了生物柴油(大豆生物柴油SME)-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理。在单次喷射和主-后喷射两种喷油方式下,将大豆生物柴油、纯柴油以30∶70和70∶30体积比掺混,将该化学反应机理与CFD计算软件耦合,研究后喷策略下生物柴油-柴油混合燃料的低温燃烧特性和排放特性。数值计算结果表明:随着SME掺混比例增加,缸内燃烧温度峰值逐渐降低,缸内燃烧放热主要受OH自由基与燃料的脱氢反应速率影响,反应速率随温度升高而增大;NO_x排放随掺混比例增加而逐渐降低,NO_x排放主要受温度影响;单次喷射下,掺混比例越高,碳烟排放量越低;后喷射下,碳烟生成量受C_2H_2影响,随掺混比例增加而逐渐降低,OH在碳烟氧化过程中起主要作用,碳烟最终排放量受掺混比例影响不大。     

多次喷射参数对直喷式柴油机排放性能影响研究

多次喷射中两个重要参数喷油提前角和喷油脉冲间隔角的变化对燃烧过程会产生重要影响.通过对多种喷射方案的数值计算结果分析了不同喷射参数对于同时降低颗粒和氮氧化物排放的影响.结果表明:多次喷射模式在控制燃烧放热速率方面比单次喷射模式具有更大的灵活性,合理的参数选取可使颗粒、氮氧化物排放和平均有效压力之间获得良好的折衷.最后数值计算结果通过与试验结果对比得到验证.     

预混合二甲氧基甲烷对生物柴油发动机燃烧与排放的影响

在单缸发动机上研究了气口喷射低沸点、高含氧量的二甲氧基甲烷(DMM)对生物柴油发动机的燃烧和排放特性的影响.研究表明:在直喷生物柴油当量比不变的条件下增加预混合DMM的量,整个燃烧的着火时刻和放热中心时刻提前,但是扩散燃烧时间延长,放热结束时刻拖后;在预混合DMM当量比不变时,减小直喷生物柴油的当量比会使得着火延迟.此外,当预混合比例增加到某一值后会使得最大缸内燃烧压力和最大压力升高率显著增加.在排放方面,预混合DMM会使得cO和HC排放明显上升,在某一比例达到最大值,之后却随着预混合比例的增加而大幅度降低;碳烟排放总是随着预混合比例增加而显著降低,最大可以降低35%-55%;NOx的排放规律有明显不同,在各种当量下,预混合比例在20%左右可以将NOx降低35%左右,继续增加预混合比例会使得NOx降低幅度减小.     

喷油策略对柴油机燃用正丁醇、聚甲氧基二甲醚、柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响北大核心CSCD

以柴油(B0)为基础燃料,分别配制掺混体积比20%的正丁醇(B20)及掺混体积比20%的正丁醇+20%的聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)(BP20)的混合燃料。对比研究不同喷油策略下柴油机燃用B0、B20、BP20的燃烧和排放特性。结果表明:单次喷射策略下,随喷油定时的延迟,燃用B0、B20、BP20时的放热率先升高后降低,氮氧化物(nitrogen oxides,NO_(x))排放减少,碳氢化合物(hydrocarbon,HC)和CO排放增加,燃用B0、BP20的颗粒物总质量浓度先增加后减小,燃用B0、B20、BP20的颗粒物几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)先增加后减少。两次喷射策略下,随预喷定时的延迟,NO_(x)排放增加,HC和CO排放减少,颗粒物总质量浓度和GMD增加。柴油中加入正丁醇后,NO_(x)排放降低,HC和CO排放增加,颗粒物总质量浓度和GMD减小。正丁醇/柴油燃料添加PODE后HC和CO排放降低,但NO_(x)排放、颗粒物总质量浓度和GMD略微增加。     

基于缸内分段直喷和负气门重叠角汽油机的HCCI燃烧

利用发动机热力循环软件BOC9ST耦合嵌入详细化学反应动力学机理的CHEMKIN代码建立了GDI-HCCI 发动机燃烧数值模型,对缸内直喷汽油机采用分段燃油喷射配合负气门重叠角控制缸内混合气化学组分、混合气浓度及温度历程的策略进行了实验验证及模拟分析．结果显示,加大负气门重叠角以及在此期间喷油可以产生燃油改质效果,缸内温度升高,使HCCI着火更容易控制．由此在保证NOx排放极低的同时循环波动明显减小,负荷稀限拓宽,燃油经济性改善．     

两次喷射模式下部分预混燃烧火焰发展模式的光学诊断研究

基于一台光学发动机,在1 200r/min的转速下以正庚烷为燃料,应用高速摄像的方法研究了两次喷射模式下部分预混燃烧(partially premixed combustion,PPC)中的火焰发展模式,分析了两次喷射控制燃烧反应速率的机理。研究发现,在上止点之前单次喷射时,燃烧为典型的PPC燃烧,火焰发展模式被多点自燃主导。上止点之前两次喷射,火焰同样被多点自燃主导。相比于单次喷射,两次喷射没有改变火焰发展模式,对放热规律的影响较小。推迟第二次喷射的喷射时刻,可以增加扩散燃烧比例,降低放热率峰值,但是燃烧图像中碳烟信号明显增强。两次喷射都位于上止点之后时,火焰发展模式以火焰传播为主,放热率峰值降低,燃烧图像没有明显的碳烟信号。两次喷射可以改变火焰发展模式,有效地控制燃烧反应速率的同时保持较低的碳烟排放。     

掺氢对汽油预混燃烧特性的影响

为研究掺氢比和初始压力对汽油层流燃烧特性的影响,在定容燃烧试验系统内对初始温度为400 K,初始压力为0.10 MPa、0.15 MPa和0.20 MPa,掺氢比为0％、5％、25％、50％、75％、100％,当量比在0.7～1.6范围的汽油/H2混合气进行预混层流燃烧特性的试验研究,通过高速纹影图像采集系统记录了混合...     

二甲醚均质压缩燃烧的数值模拟研究

采用最新的二甲醚(DME)化学动力学反应机理(DME氧化机理包括399个基元反应,涉及79种组分),利用LawrenceLivermore国家实验室开发的HCT软件,进行DME均质充量压燃着火过程的变参数研究。从理论上分析讨论进气温度、进气压力、燃空当量比、发动机转速对燃烧的影响。研究结果表明:DME的均质充量压燃(HCCI)燃烧过程有明显的两阶段,进气温度、进气压力、燃空当量比和发动机转速等参数的改变都会导致DME均质压缩燃烧过程的变化。     

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%。