过量空气系数对甲醇/柴油反应活性控制压燃发动机性能的影响

对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了甲醇/柴油二元燃料反应活性控制压燃（reactivity controlled compression ignition,RCCI）发动机专用试验台架,系统地研究了最大转矩转速（1 600 r/min）、不同负荷下甲醇替代率和过量空气系数对发动机经济性与排放性能的影响规律。结果表明：中、低负荷下,随着甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率先降低后略微升高,有效热效率先增加后略微降低,排气温度降低;中高、高负荷时,随甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率和排气温度降低,有效热效率升高;负荷率75%下,甲醇替代率为30%时,有效当量燃油消耗率较纯柴油模式平均降低3.8%,有效热效率则平均升高6.7%。不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,NO_x排放和烟度大幅降低,CO₂排放量减少,CO、甲醇和甲醛排放量增加。中、低负荷下,烯烃排放量随甲醇替代率升高而增加,中高、高负荷下则随替代率升高而降低。不同负荷、不同甲醇替代率下,随着过量空气系数减小,CO₂排放量和烟度增加,NO_x和C...     

柴油/甲醇双燃料发动机能量平衡分析

以加装了甲醇喷射系统的玉柴YC4D120-30柴油机为研究对象,建立了柴油/甲醇双燃料(DMDF)燃烧模式的能量平衡模型;在1,660,r/min、420,N·m和1,660,r/min、105,N·m两个工况点进行了纯柴油(D)模式和DMDF模式能量平衡分析,结果表明:大负荷时甲醇对柴油的替换比低于理论值,主要原因是双燃料燃烧模式的冷却损失比相应的纯柴油模式低;在小负荷时甲醇对柴油的替换比高于理论值,主要原因是双燃料燃烧的不完全燃烧损失随负荷降低而大幅增加.在1,660,r/min各个负荷下进行了甲醇替代率试验,结果表明:双燃料燃烧模式的冷却损失均低于纯柴油模式,且随着替代率增加冷却损失进一步降低.在1,660,r/min、420,N·m工况点进行了不同甲醇温度试验,结果表明:相同替代率下,替换比随着甲醇温度的提高而降低.这些现象都与双燃料燃烧模式下发动机的能流分布有密切联系.     

柴油／甲醇组合燃烧发动机的微粒排放特性

在一台改造的自然吸气高速柴油发动机上使用超低硫柴油/甲醇组合燃烧方式进行台架试验,利用电控单元控制的喷射器向进气道喷射甲醇,与空气形成预混合气后由柴油引燃.在稳态T况下,喷射的甲醇承担的负荷率为10%、20%和30%的情况下,研究了发动机烟度、微粒排放质量浓度和粒径为15-750 nm的总数量浓度及其粒径分布特性.试验结果表明,在同一负荷替代率下,随着负荷的增加,柴油质量流量替代率增大;在同一工况下,随着甲醇量的增加,发动机烟度、微粒质量和数量浓度都成近似比例减少;在中低负荷时,甲醇的加入,微粒数量浓度的峰值明显减少,在大负荷时,减少的趋势不太明显;超细微粒数都有所增加,纳米级微粒数的增多可能对人体健康影响更大.     

船用柴油机应用柴油/甲醇二元燃料的性能特性研究

在柴油/甲醇二元燃料(DMDF)燃烧模式下,研究了不同负荷下甲醇替代率对船用柴油机性能的影响,以及不同喷油时刻对DMDF燃烧的影响。试验结果表明:不改变原机喷油定时的情况下,发动机25%负荷率时最大替代率为57. 8%,50%负荷率时最大替代率为59. 6%,100%负荷率时最大替代率为36. 7%;受喷醇流量的限制,在75%和90%负荷率时,甲醇替代率分别只做到49. 1%和39%。据试验情况分析,限制甲醇替代率提高的因素有发动机失火和发动机最高燃烧压力过高等,因此,除受试验条件限制的负荷区域(50%～90%负荷率)外,将DMDF在船用柴油机上的非稳定运行的区间分为失火限制区和最高燃烧压力限制区,分别对应的负荷率范围大致为0～50%和90%～100%。另,喷油时刻太靠后会限制甲醇替代率提升,其主要原因是发动机易失火;而喷油时刻太靠前则因最高燃烧压力升高限制了甲醇替代率的提升。     

机车中速柴油机应用柴油/甲醇二元燃料的燃烧特性研究

在一台机车中速柴油机上,采用进气歧管喷射甲醇的方式,研究了不同转速与负荷下柴油/甲醇二元燃料燃烧特性。研究结果表明:随着甲醇喷射量的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,中低负荷时燃烧呈单峰快速放热,高负荷下预混燃烧比例有所提高,但仍保持双峰放热规律;同时,二元燃料燃烧方式下的最高燃烧压力与压力升高率均高于原机,最高燃烧温度也随着甲醇喷射量的增加而升高;此外,二元燃料燃烧的热效率与负荷密切相关,在600r/min时有效热效率随着甲醇的喷入而降低,且随着替代率的升高其降幅加大,在33%替代率时下降了9.06%,但在1000r/min标定负荷时有利于热效率的提高,升幅达到0.36%。     

燃烧系统参数对增压中冷柴油-天然气双燃料发动机排放特性和经济性影响的实验研究

将一台6缸、增压中冷柴油机改装为混合器进气方式的柴油—天然气双燃料发动机，对其燃烧系统参数对双燃料发动机排放和经济性的影响进行了实验研究，包括引燃柴油喷油时刻、天然气替代率、中冷后进气温度的影响。双燃料发动机的排放与空燃比及燃烧系统参数密切相关。替代率增加时，排气烟度降低，HC排放升高，当量燃油消耗率升高，CO排放在替代率较小时随替代率增加而升高，但在替代率较高时随替代率增加而略有降低。替代率对NOx排放的影响则与发动机工况有关，在最大转矩和低速大负荷工况，空燃比值较小，NOx排放随替代率的升高而增大；在标定功率工况，空燃比较大，NOx排放随替代率的升高而减小。提前角减小，NOx排放降低。中冷后温度升高，碳烟排放和NOx排放升高，HC和CO排放降低，当量燃油消耗率降低。研究结果表明，采用增压中冷技术、提高CNG替代率、减小引燃柴油喷油提前角，能够有效地降低双燃料发动机的有害排放物。     

柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛排放特性研究

在一台经过改装的压燃式组合燃烧发动机上,采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式进行了台架试验,利用气相色谱分析技术检测了发动机在1 800 r/min时尾气中甲醛的排放特性,研究了不同负荷、不同喷醇量对尾气中甲醛排放量的影响,同时研究了催化转化器对甲醛的转化效果.试验结果表明:在压燃式发动机上采用DMCC模式,低负荷运行时,尾气中甲醛含量随喷醇量的增大而增加,在甲醇对柴油的替代率为45%时,甲醛排放量达到170×10-6(体积分数);在中、高负荷运行时,甲醛排放量随喷醇量的变化趋势不是特别明显,在90×10-6以内.催化转化器对甲醛的转化效率与排气温度关系密切,当排气温度在290℃以下时,催化转化器可以有效降低甲醛排放量;当温度高于300℃时,催化后尾气中的甲醛排放量反而增加.     

甲醇喷射正时对柴油/甲醇双燃料HCCI发动机燃烧及排放特性的影响研究

文章利用CFD仿真软件Converge研究了甲醇喷射正时对柴油/甲醇双燃料HCCI发动机燃烧和排放特性的影响。研究结果表明：随着甲醇喷射正时提前,缸内混合气质量提高,缸压峰值和压力升高率均升高,缸内温度分布更加均匀;当甲醇喷射正时提前角度较小时,缸内混合气存在明显的浓度梯度,使得燃烧始点前移;随着甲醇喷射正时提前,SOOT,HC和CO的排放量显著减少,当甲醇喷射正时为150℃A BTDC时,HC排放量最低;甲醇喷射正时的提前也减弱了甲醇汽化潜热对缸内温度的影响,导致NOx排放量升高。     

甲醇替代率对双燃料发动机燃烧及其循环变动的影响

为研究甲醇/柴油双燃料发动机甲醇替代率对燃烧及其循环变动的影响,通过在单缸柴油机上加装进气道甲醇喷射系统,进行了不同甲醇替代率的试验研究。研究表明,随着甲醇替代率增加,缸内着火时刻推迟,放热率双峰现象逐渐消失,放热率峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率均增加。甲醇替代率对不同工况下指示热效率的影响不同,低速工况指示热效率随甲醇替代率的增加而降低,高速高负荷工况指示热效率随甲醇替代率的增加而略有增加。不同工况下的排放影响也存在明显差异,随甲醇替代率的增加,低速低负荷工况排放变化较小,而在高速高负荷下排放变化大。甲醇替代率对燃烧循环变动影响表明,低速低负荷循环变动随甲醇替代率增加而明显增加,当替代率增加至28.7%时,峰值压力的循环变动率增加2.5%,峰值压力对应曲轴转角分布也更加分散。     

186F柴油机柴油/甲醇不同掺烧方式的试验研究北大核心CSCD

文章在186F柴油试验机上进行了气道喷射甲醇和柴油/甲醇机外混合两种甲醇掺烧方式的燃烧与排放性能对比试验,并以柴油机掺烧甲醇后最大爆发压力降幅不超过5%,最大压力升高率不超过0.6 MPa/°CA为原则,确定了两种掺烧方式的甲醇掺烧范围。试验结果表明:在低负荷时,与柴油/甲醇机外混合方式相比,气道喷射甲醇方式的放热率峰值增加了12.7%,燃烧持续期缩短,缸内平均温度降幅明显,CO和HC的排放量更高,两者的最大爆发压力基本相同;在高负荷时,气道喷射甲醇方式的最大爆发压力提高了0.11 MPa,放热率峰值增加了7.9%,降低NO_(x)和碳烟排放的效果显著,但两者的缸内平均温度差值减小。在最大扭矩转速和标定转速下,气道喷射甲醇的甲醇掺烧比均高于柴油/甲醇机外混合,同时气道喷射甲醇在各工况下的甲醇掺烧比均可调,性能优势更加明显。     

甲醇/柴油双燃料发动机的性能

在一台柴油机基础上，采用气道口电控喷射甲醇，缸内柴油引燃甲醇的方式，开发了电控甲醇／柴油双燃料样机，并通过发动机台架实验，研究了柴油／甲醇双燃料燃烧模式在燃烧特性、燃油经济性及排放性能方面的特点．与原发动机相比，双燃料模式的最高爆发压力下降，压力升高率上升，排烟和NOx大幅度下降，但THC和CO排放均升高．该方法能使甲醇喷射量得到精确控制以便燃烧达到最佳状态，是甲醇／柴油双燃料发动机可行的技术方案．     

正丁醇/柴油发动机燃烧排放特性及喷油、燃烧室形状影响

针对某型号直喷柴油机,建立了该柴油机中单缸完整燃烧室及气道三维模型,使用三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)分析软件CONVERGE对其进行模拟计算,研究了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧排放的影响。结果表明:随着正丁醇掺混比例的提高,峰值缸压、滞燃期和燃烧速度均呈递增趋势,碳烟及CO排放量逐渐减少,NO_x排放量小幅增加。为了进一步改善缸内燃烧情况和降低污染物排放,对正丁醇掺混时喷油策略、燃烧室几何形状的综合影响进行了研究,结果表明:掺混时多次喷油及采用合适的燃烧室模型可以有效改善掺混后缸内油气混合情况,增加缸内湍动能强度,进一步降低碳烟排放量。与纯柴油工况对比,掺混并采用多次喷油策略后碳烟排放明显下降,且通过掺混能够有效简化喷油策略,但弱化了燃烧室形状对碳烟排放量的影响。     

直喷式柴油机燃用二甲基醚(DME)试验研究

介绍了在1100单缸直喷式柴油机上燃用DME的发动机试验研究结果。研究表明：通过增加循环供油量可使柴油机燃用DME后恢复到原机略低，同时缸内最大爆发压力降低，发动机碳烟排放为零，HC和CO排放比原机略高，NOx排放比原柴油机降低约50%以上，供油提前角减少，缺内最大爆发压力降低，NOx排放可进一步大幅度降低，但HC排放略有升高；加大喷孔直径，缸内爆发压力升高，NOx排放升高，HC和CO排放在中低负荷相差不大，但在大负荷工况有所升高。     

天然气后喷对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响研究

对于高压直喷天然气发动机,尽管其碳烟排放低于传统柴油机,但由于引燃油和直喷天然气存在扩散燃烧过程,因此其碳烟排放较低压天然气更高,需要进一步降低碳烟排放以满足严格排放法规的要求。本文利用流体动力学软件Converge建立了高压直喷天然气船机的三维仿真模型,基于该模型研究了后喷策略对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响。结果表明：随着后喷比例增大,最高爆压略微升高,燃烧持续期增长;随着喷射间隔的增大,最高爆压不变,但后喷燃烧相位推迟,燃烧持续期增长。与无后喷算例相比,后喷比例增大到10%和20%时,碳烟排放分别降低了7.7-13.5%和1.5-11.5%,NOx排放分别升高了12-15%和5-7%,指示燃油消耗率分别增大了约0.1%和1%;而后喷比例为30%时,碳烟排放升高了2-8%,NOx排放降低了5-7.7%,指示燃油消耗率增大了约2.3%。研究为高压天然气喷射满足更加严格的排放法规提供理论基础。     

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,NOx和碳烟排放降低。     

柴油机燃用低比例小球藻生物柴油-柴油混合燃料的试验研究

以野生小球藻生物柴油(Chlorella Biodiesel Fuel,CBF)-柴油作为混合燃料,利用186FA柴油机进行台架试验。在CBF的掺混比例分别为0%,3%,5%(B0,B3,B5)时,对柴油机的动力性、燃料燃用的经济性和燃烧及排放特性进行了比较分析。试验分析表明:柴油机燃用混合燃料时,与燃用纯柴油相比,随着CBF掺混比例的增加,其扭矩和功率略有下降,最大降幅均为4%;柴油机的油耗率和能耗率略有上升,且在高、中负荷时更为明显;柴油机的缸内压力、放热率峰值稍有减小,而压力升高率峰值稍有增大,缸内压力峰值最大降幅为3.4%,放热率峰值最大降幅为12.8%,压力升高率峰值最大增幅为13.7%;柴油机滞燃期缩短了0.5~1.0°CA、燃烧持续期延长了1.0~2.0°CA,缸内压力、压力升高率和放热率峰值的出现时刻均提前了1.0~2.0°CA,燃烧速度加快;HC,CO和碳烟的排放均有所降低,而NOX的排放逐渐增多,全负荷时HC和碳烟排放的最大降幅分别为14.1%和31.7%,NOX排放的最大增幅为9.7%,CO排放的降幅为6%~12%。     

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.     

提高重型柴油机低速高负荷热效率的试验研究

为了改善重型柴油机低速高负荷的燃油经济性,在一台两级可变截面涡轮增压重型柴油机上开展了空气系统与喷油参数优化策略研究。试验结果表明:对于缸内最高燃烧压力受限工况,获得最低有效燃油消耗率(BSFC)的可变截面涡轮增压器(VGT)关度应该使泵吸功基本为零;选取合适的喷油压力可提高机械效率,在改善燃油经济性的同时使NO_x排放有一定降低,而碳烟排放也能保持在较低水平。基于该优化策略,研究了缸内最高燃烧压力限值对不同工况点燃油经济性的影响,进而研究了提高缸内最高燃烧压力对改善燃油经济性的潜力。结果表明:随着转速与负荷的升高,提高最高燃烧压力限值对燃油经济性的改善作用更加明显;但缸内最高燃烧压力提高到一定程度以后,其对燃油经济性的改善作用逐渐减小。     

柴油机燃用甲醇/柴油混合燃料的参数优化

对柴油机的供油系统参数（包括启喷压力、供油提前角和每循环供油量）进行优化,采用EGR来进一步降低NOx排放。结果表明：经过供油参数优化后混合燃料柴油机的动力性和经济性与原机相当,但碳烟排放的最大降幅达到15.4%,NOx排放的最大降幅达到28.25%。     

灰分分布系数对柴油机性能的影响研究

通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的一维热力学仿真模型,研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响,并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响.结果表明:炭载量为6 g/L,灰分量为33 g/L时,DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升;随着灰分分布系...