两级助燃均质压燃的提出与实现

通过将电热塞和火花塞组合的方式,在一台快速压缩-膨胀机上实现了一种新型的燃烧模式——两级助燃均质压燃(two-stage assisted compression ignition,TACI),旨在更好地控制HCCI燃烧过程.研究表明:甲醇燃料的TACI燃烧模式在低圧缩比下表现为典型的SI燃烧特性,在较高压缩比下呈现出SI-HCCI的两阶段放热特性.相比电热塞辅助压燃,TACI能够通过火花点火直接、稳定地控制燃烧相位;相比火花塞辅助压燃,TACI的工作范围广,压缩比低.适合TACI的甲醇当量比范围是0.6～0.8.     

缸内直喷汽油机HCCI燃烧对压缩比和辛烷值的适应性研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用多次燃油喷射和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了SI/HCCI复合燃烧方式。研究了不同压缩比和辛烷值对均质混合气压燃（HCCI）燃烧排放特性的影响。结果表明,汽油HCCI燃烧呈现单阶段燃烧燃料特性,HCCI着火发生在上止点附近时油耗低。低压缩比下,HCCI燃烧可以在较浓空燃比下工作,NOx排放较高。高辛烷值燃料HCCI燃烧可运行的负荷范围窄。汽油HCCI发动机在偏高压缩比条件下燃用偏低辛烷值汽油可以获得较好的经济性和排放性能。     

压缩比对均质充量压缩燃烧发动机燃烧特性影响的研究

在一台改装TY1100单缸发动机上试验研究了10．7和14两种压缩比对均质压燃二甲醚发动机的燃烧特性的影响。研究结臬表明：两种压缩比均能使发动机稳定工作,实现近“零”NOx排放和无烟燃烧;压缩比为10．7时,均质压燃的两阶段燃烧特性明显,燃烧始点由缸内压缩温度决定,燃烧始点随负荷无明显变化;压缩比为14时,缸内压缩温度提高,燃烧始点随负荷增大相对曲轴转角提前,燃烧始点与负荷（混合气浓度）密切相关;两种压缩比下燃烧持续期均随负荷增大而缩短。     

压缩比、CO2对二甲醚均质压燃影响的数值模拟

利用化学反应动力学软件建立二甲醚均质压燃燃烧模型,研究了压缩比和进气掺入CO2对二甲醚均质燃烧的影响。结果表明：增大压缩比加快了二甲醚基元反应速率,使着火提前,燃烧压力、温度上升;进气中加入CO2可以延迟着火时刻,降低缸内压力和温度;CO2对二甲醚均质压燃高温燃烧阶段影响更大。     

涡流室式柴油机燃用纯甲醇的研究

本文介绍了涡流室式柴油机采用电热塞点火方式燃用纯甲醇的研究.通过设计以电热塞为热源的热面点火系统,采用部分稳定氧化锆(PSE)涂层的涡流室,以及改变涡流室通道的形状,使发动机燃用甲醇时的性能得到改善,在各工况下均降低了电热塞的功率和燃料消耗率(按热值计).发动机燃用甲醇时的NO_x排放量比燃用柴油时显著降低,但HC和CO排放量却有一定程度的上升.     

压缩比对汽油HCCI燃烧和排放特性的影响

通过优化动力技术对一台四缸汽油机进行改造设计,实现均质混合气压燃(HCCI),考察了压缩比对汽油机HCCI负荷拓展及冷却液和进气温度对HCCI燃烧排放特性的影响。试验结果表明:提高压缩比可以在更低的进气温度下实现SI/HCCI燃烧模式的切换,CO排放升高,HC排放下降,NOx排放呈下降趋势,且在高负荷工况时下降得更加明显。在压缩比为15时,HCCI汽油发动机可以在1 200~3 600r/min转速范围内实现稳定燃烧,提高压缩比有效拓展了HCCI发动机负荷范围。随着进气温度及冷却液温度的升高,燃烧相位提前,燃烧持续期缩短,缸内压力、放热率及温度升高;缸内循环变动率减小,实现更稳定的HCCI燃烧;CO、HC排放也随之降低,但NOx排放有升高趋势。     

采用电热塞助燃法在原压燃式发动机中燃用甲醇的试验研究

为了使甲醇能够顺利地应用于原压燃式发动机,我们采用了“电热塞助燃法”,对X1105型柴油机进行了改装,在缸盖上安装了电热塞且档板采用了双孔喷嘴,实验结果表明,这种方法是行之有效的,本文通过大量的实验结果,分析了该发动机分别燃用甲醇,柴油时,热效率不同的原因,并分析了发动机转速,负荷对发动机燃用甲醇的影响,经过对废气和烟度的测量表明,发动机燃用纯甲醇基本上可以实现无烟燃烧。     

火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧的试验研究

均质混合气压燃(HCCI)燃烧高负荷拓展是内燃机燃烧领域的一个难题.在缸内直喷汽油机(GDI)上采用EGR、火花点火和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了3种燃烧方式:HCCI、火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧方式、火花点火(SI)燃烧方式,研究了不同EGR率和点火提前角对SICI燃烧排放特性的影响.结果表明,汽油SICI组合燃烧方式呈现明显的两阶段燃烧特性,调整点燃放热比例可以实现HCCI燃烧向高负荷拓展(最大平均有效压力为0.82 MPa),同时能获得较低的NOx排放和高的热效率.     

二甲醚均质压燃发动机燃烧特性的研究

二甲醚均质压燃发动机由一台单缸柴油机改造而成,其压缩比为10．7。二甲醚气体随进气进入气缸,形成均质混合气。通过试验采集分析缸内压力,结果表明二甲醚均质压燃燃烧是一个两阶段放热过程,分别发生在610K和900K左右。第一阶段放热量较少,约占10％,正常情况下第二阶段集中在上止点附近,释放出70％以上的燃料热量。发动机负荷对最大缸压力及其出现位置、压力升高率和放热率曲线形状等都有重要影响,而发动机转速对它们的影响比较小。     

液压自由活塞发动机活塞运动规律自适应特性的研究

在一台液压自由活塞发动机(HFPE)样机上进行了活塞运动规率的试验。研究表明:活塞的运动规律对于燃烧相位和累积放热量的变动具有自适应性;随着燃烧相位的提前或累积放热量的增大,活塞换向提前,最大升程和压缩比降低;这种自适应性可有效避免均质压燃过程中的爆震与后燃现象,保证缸内最高压力、最大放热速率的稳定,减少指示功的损失。     

柴油均质压燃发动机的循环模拟研究

建立了一个柴油均质压燃发动机的零维循环计算模型,用基元反应机理和感应时间（EMIT）模型预测着火正时,用拟合的对数正态分布函数计算不同工况的放热率。与试验的对比表明,模型能够比较准确地预测不同工况柴油均质压燃发动机的工作性能。用建立的模型分析了配气定时对柴油均质压燃燃烧过程的影响,计算表明配气定时可以控制均质压燃燃烧的运行工况范围。     

三元煤基混合燃料在防爆柴油机上的燃烧排放特性研究

为改善防爆柴油机的燃烧排放特性,以CY25型柴油机为研究对象,探究其在不同工况下燃用混合燃料(混合燃料中F-T柴油、聚甲氧基二甲醚、甲醇的体积分数分别为14.3%,71.4%,9.5%)时的燃烧排放特性。试验结果表明:与燃用0#柴油相比,燃用混合燃料时,随着压缩比的增大,燃烧压力的最大增幅为14.3%,最大压力升高率的降幅为27.7%,瞬时放热率的最大降幅为32.3%;在高速、高负荷工况下,缸内燃烧温度与压缩比呈正相关;碳烟排放量随压缩比和负荷的增大而增加,压缩比为17时的碳烟排放量是压缩比为15时的2倍。     

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。     

乙醇燃料HCCI发动机燃烧特性研究

应用调整进排气门相位控制缸内残余废气率策略,在Ricardo Hydra四冲程进气道喷射单缸试验机上实现了无水乙醇燃料的均质压燃,获得了运行工况范围,并分析研究了空燃比、转速和气门相位对乙醇燃料均质压燃的燃烧特性。结果表明:乙醇燃料的均质压燃的可运行范围仍然受到爆震、换气过程及失火的限制,但在高速及稀燃区域得到拓展;其着火时刻及燃烧持续期依赖于气门定时、空燃比及转速。     

聚甲氧基二甲醚和汽油双燃料火花辅助压燃燃烧及排放试验研究

试验平台基于汽油缸内直喷（gasoline direct injection, GDI）发动机改造,缸内直喷聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ether, PODE）,进气道喷射汽油,并将压缩比从10提升至15以利于压燃,以点火和直喷策略作为控制参数,获取双燃料火花辅助压燃（dual-fuel spark-assisted compression ignition, DF-SACI）发动机的运行特征。试验结果表明：DF-SACI呈现多阶段放热,直喷正时提前可提高混合气均匀性,减小不同燃烧阶段的界限,放热率明显提高;直喷比例可以更为有效地调节CA50和等容燃烧的比例,对热效率影响明显;同时放热率受点火正时提前的影响最小。试验中有效热效率最高可达37.5%。排放方面,DF-SACI模式在合适的点火和喷射策略下,可在一定程度上降低HC和CO的排放,HC体积分数可降低至3 00010^-6以下,CO体积分数可降低至1 50010^-6以下,同时将NO_x排放控制在较低水平。通过对燃烧策略的合理调整,PODE/汽油双燃料发动机借助火花辅助压燃可实现高效清洁燃烧。     

4VVAS可控自燃汽油机燃烧过程的试验研究

在一台配备进、排气门升程及定时同时可控的四变量气门执行机构（4-Variable Valve Actuating System,4VVAS）的进气道喷射汽油机上通过保留部分热废气的方法,实现了汽油机均质可控压燃（CAI）燃烧.通过试验考察了不同气门升程下的CAI燃烧过程,从而探讨气门参数对废气再压缩汽油机CAI燃烧的控制作用.研究表明,不同气门升程下的发动机运行负荷范围不同,适当减少有效压缩比可以减少爆震倾向,增加低转速下大负荷范围,而通过增加气门升程可以拓展高转速下CAI汽油机大负荷运行范围.发动机负荷大小主要依靠排气门参数来调节,而进气门参数能够控制进气回流和有效压缩比,从而对残余废气率及汽油机CAI燃烧过程具有对称性控制作用.     

DME／CNG双燃料均质压燃发动机性能试验研究

研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃发动机性能和排放特性.结果表明,采用高十六烷值燃料二甲基醚和高辛烷值燃料天然气,可以拓宽均质压燃的运行工况范围.均质压燃发动机在中等负荷工况,热效率比传统压燃式发动机高.小负荷工况,采用二甲醚和大比例EGR方案可以提高热效率.和传统压燃式或点燃式发动机不同,均质压燃发动机的着火始点对经济性影响不大.均质压燃发动机的NOx排放极低,比原机降低95%以上.随着二甲基醚浓度增加,NOx排放增加,HC和CO排放降低;接近爆震燃烧区域,NOx排放急剧升高,而接近稀燃极限区域,HC和CO排放急剧升高,发动机热效率降低.     

利用快速压缩机研究辛烷值对HCCI燃烧特性的影响

在一台燃烧边界条件可控的快速压缩机上对均质压燃燃烧方式(HCCI)下燃料辛烷值对燃烧特性的影响进行了研究.以甲醇、乙醇、异辛烷、PRF90和正庚烷等燃料为研究对象,在不同的燃烧边界条件下,通过对燃烧起始时刻、燃烧持续期、燃烧放热率以及燃烧压力变化历程等参数的分析,得出了燃料辛烷值对HCCI燃烧特性的影响规律.试验结果表明:随着燃料辛烷值的升高,燃烧始点延迟,燃烧持续期延长,放热率最大值和最高燃烧温度同时降低,压力升高率最大值降低、出现时刻延迟,着火温度升高.     

采用快速压缩机对甲醇燃料的HCCI燃烧特性的研究

为进一步了解高辛烷值燃料的均质压燃燃烧特性,利用自主研发的快速压缩机,研究了边界条件对甲醇燃料HCCI燃烧特性的影响.试验表明:随着充量温度的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,燃烧温度最大值增加,放热率最大值增加,最大压力升高率增大,最大压力升高率出现时刻提前;随着可燃混合气过量空气系数的增加,可燃混合气的浓度减小,燃烧始点延迟,燃料的最高燃烧温度降低,放热率最大值降低,最大压力升高率降低,着火温度升高,同时反应速率减慢,所以燃烧持续期增加,最大压力升高率减小,最大压力升高率出现时刻延迟.     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃的燃烧特性

应用零维热力学模型和化学反应动力学模型计算并分析了二甲基醚(DME)／天然气(CNG)双燃料均质压燃(HCCI)运行工况范围，计算与试验结果相吻合．采用DME／CNG双燃料方式可以有效地扩展HCCI的运行工况范围，发动机转速为1400r／min，最大平均有效压力可达O．52MPa．在一台单缸直喷式柴油机上进行了DME／CNG双燃料HCCI燃烧过程的试验研究，结果表明，DME／CNG双燃料燃烧过程表现出明显的两阶段放热过程，随着CNG浓度增大，缸内最大爆发压力增大，燃烧始点略有推迟，燃烧第二放热峰值增大．而DME浓度对燃烧过程的影响主要通过影响第一阶段放热过程，进而影响第二阶段放热，随着DME浓度加大，第一放热峰值增大，燃烧始点提前，导致第二放热峰值增大，缸内最大爆发压力增大，主燃期缩短，当DME浓度太高时，发动机将出现爆震．