外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究

为兼顾米勒循环发动机高负荷动力性和部分负荷燃油经济性,在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术,通过将发动机的部分废气重新引入气缸实现对部分负荷燃烧过程的优化控制,改善发动机的燃油经济性和排放性能。在一台高压缩比米勒循环发动机上,将不同比率的废气重新引入气缸,探究外部EGR技术对高压缩比米勒循环发动机的性能和排放的影响。研究结果表明:在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术,可有效降低发动机部分负荷下的泵气损失,改善燃油经济性,整车百公里油耗改善2.11%;同时可降低缸内最高燃烧温度及含氧量,大量减少NOx排放,部分工况点甚至可降低88.5%。     

米勒循环改善增压直喷汽油机热效率的机理分析——部分负荷工况分析

基于热力学第一定律和一维发动机循环仿真,对进气阀早关(EIVC)与进气阀迟关(LIVC)两种策略实现的米勒循环进行建模,在部分负荷工况下分别对应用高压缩比及EIVC和LIVC改善一款增压直喷汽油发动机热效率的效果及其机理进行比较分析。研究结果表明:提高几何压缩比增加了发动机的理论热效率从而改善了油耗,无论采用EIVC还是LIVC策略的米勒循环,都可以减小泵气损失,提升机械效率,同时降低缸内传热损失,进一步促进了米勒循环对油耗的改善。对比分析采用EIVC与LIVC时发动机热效率的影响因子发现,EIVC由于具有更高的机械效率和更少的传热损失,其油耗改善程度优于LIVC。     

冷、热EGR对柴油机性能、燃烧及排放特性的影响

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能,在一台4缸柴油机上针对6、12、24mg循环喷油量的负荷工况(记作低、中、高负荷)对比研究了冷、热废气再循环(EGR)对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明:EGR的引入减少了新鲜进气量,整体上延长了滞燃期,减缓了燃烧放热速率,降低了压力升高率;热EGR提高了进气温度,使低负荷时的碳氢化合物(HC)排放显著降低,热效率提高,而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低,对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR;随着EGR率的提高,三种负荷下的氮氧化物(NO_x)排放均大幅度降低,碳烟排放在低、中负荷时较低,而在高负荷时则明显升高,NO_x与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小,有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放,低负荷时为提高热效率宜采用热EGR,高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。     

EGR对电控共轨二甲醚发动机排放影响的研究

研究了中高负荷时不同轨压和喷油提前角下,废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对电控共轨二甲醚发动机排放的影响。研究结果表明:中等负荷时,随着EGR率的增大,发动机油耗率呈先减小后增大的趋势,氮氧化物(NOx)排放显著降低;对于HC和CO排放,在EGR率小于27%时基本保持不变,在EGR率增至27%时显著增加;采用27%左右EGR率,可将NOx排放降至0.5g/(kW·h)以内,此时轨压及提前角对NOx排放的影响消失。高负荷时,随着EGR率增大,发动机油耗率逐渐增大;NOx排放显著降低,轨压和提前角的变化对NOx排放影响减小;HC和CO排放逐渐增大。可通过轨压及喷油提前角的优选有效地控制中高负荷下NOx、HC、CO排放及油耗率。     

废气再循环对增压二甲醚发动机性能和排放影响的试验研究

以一台增压二甲醚发动机为研究对象,研究废气再循环(EGR)对二甲醚发动机性能和排放的影响.试验结果表明,EGR率增大,进气量减少.低负荷下,适当的EGR量会使发动机的油耗率降低.在中高负荷下,EGR的加入会导致油耗率增大,经济性恶化.随着EGR率的增加,发动机Nox排放大幅度下降,高负荷时下降幅度更大.EGR率增大,HC排放上升.EGR率在一定范围内时,EGR率对CO排放影响不大,但当EGR率超过一定范围时,EGR率增加会引起CO排放急剧加大.EGR率对二甲醚发动机的碳烟排放影响不大,碳烟排放测试值保持为零.在二甲醚发动机上采用废气再循环,没有碳烟增大的压力,确定各工况下的最佳EGR率时,只需在Nox排放和燃油经济性以及CO之间进行折中.低负荷时可以采用大的EGR率,高负荷时EGR率不宜过大.     

湍流射流点火甲醇发动机负荷拓展和性能优化研究

基于一台湍流射流点火（turbulent jet ignition, TJI）甲醇发动机开展发动机负荷拓展和性能优化试验研究。结果表明,稀燃工况下（过量空气系数大于1.4）,采用进气增压技术可有效提升TJI甲醇发动机在高负荷工况下的燃烧稳定性和动力性,同时降低指示油耗率,提升排放性能;此外,基于进气增压技术提出了TJI甲醇发动机宽负荷工况下的最佳油耗运行策略。低负荷运行工况下,相较于质调节方式,采用量调节方式改变发动机负荷可使指示油耗率最高降低5.2%（平均指示压力为0.30 MPa时）,一氧化碳（carbon monoxide, CO）、甲醛（methanal, HCHO）及碳氢化合物（hydrocarbon, HC）等污染物排放均有所降低,同时可提升燃烧稳定性,避免过于稀薄而造成的燃烧恶化现象。     

基于高压直喷航空煤油点燃式发动机燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点然式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP-3)为基础燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、4冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了单双点火、不同负荷、压缩比、喷射压力、喷射时刻和两次喷射策略下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在原机压缩比为10的条件下,将直喷汽油改为直喷航空煤油后,由于航空煤油的抗爆性差、雾化困难、燃烧速率慢等理化特性,发动机的动力性损失约50.0%,油耗增加约60.0%,循环波动也大幅增加;相比于单点火,双点火可使缸内平均有效压力提高,燃烧相位提前,循环波动降低;为了抑制高压缩比下的爆震倾向,可通过降低压缩比来拓宽负荷范围,恢复原机功率。随着压缩比的降低,有效平均压力(BMEP)持续增大,当压缩比为6时,最大转矩可达39.5N·m,功率恢复至原机的88.0%。同时耦合高压及两次喷射策略,随着喷射压力的增大,有效燃油消耗率(BSFC)减小约30.0%,经济性有所提高。相比于单次喷射,采用两次喷射策略可降低油耗,提升缸内有效平均压力,提升燃烧效率,最终可实现发动机燃用航空煤油的性能接近原机水平,最大负荷达原机的90.0%且油耗增加量不超过15.0%。     

甲醇发动机一维仿真及不同压缩比下的对比分析

使用GT-POWER对某1.3 T四缸汽油机改制的甲醇发动机进行了仿真计算。首先建立原机(压缩比为9.5)的一维模型,并与试验数据进行对比验证。由于甲醇的辛烷值明显高于汽油,可以提高发动机的压缩比,以提高发动机的动力性和经济性。在原机模型的基础上,以0.5的幅度从9.5逐渐增加压缩比至12,结果表明,发动机并没有出现明显的爆震现象。压缩比提高到11后,发动机的动力性有一定幅度的提升,经济性明显改善;而压缩比提高到12之后,扭矩略有提升,有效甲醇消耗率比压缩比为11时降低的幅度小,但是随之带来的是大负荷时发动机的NOx排放、燃烧噪声、机械负荷和热负荷的增加。     

基于喷油策略和阿特金森循环的汽油压燃 发动机高负荷性能优化研究

基于单缸机开展了多次喷射和阿特金森循环对汽油压燃(gasoline compression ignition,GCI)发动机性能影响的试验研究,试验分别研究了单次喷射、两次喷射及两次喷射结合阿特金森循环对GCI中高负荷性能的影响。结果表明,单次喷射中喷油压力、喷油时刻和喷油量对GCI燃烧有显著的影响,提高喷射压力可提高发动机的平均指示压力,降低循环波动,但喷油压力过高会导致燃烧对喷油时刻变化异常敏感,使燃烧难以正常进行;喷油量增加可提高发动机的平均指示压力,但过高的喷油量会导致不完全燃烧的燃油量增加,热效率下降。在两次喷射中,主喷时刻对燃烧起着决定性的影响。主喷时刻提前,发动机动力性有所提升,但压升率也随之增加;主喷时刻推迟,发动机动力性相应降低,同时循环波动增加。增加预喷量有利于发动机性能的提升,但预喷量过大会导致燃烧可控性降低。阿特金森循环能明显提升GCI热效率,其主要原因是减少了压缩行程的压缩负功,同时燃烧并未恶化,膨胀做功并未降低。     

压缩比对增压柴油机低负荷经济性的影响

以4108增压柴油机为研究对象,采用AVL-boost发动机性能仿真软件分析了压缩比对增压柴油机气缸压力和低负荷经济性能的影响。研究结果表明,提高增压柴油机的几何压缩比能够有效改善低负荷工况的经济性,压缩比由17.5提高到20.0时,在25%负荷下,指示燃油消耗率降低约2.2%,在15%负荷下,指示燃油消耗率降低约2.67%;提高增压柴油机几何压缩比的程度,受限于高负荷工况运行的可靠性。     

Improvement of engine performance with high compression ratio based on knock suppression using Miller cycle with boost pressure and split injection

In theory, high compression ratio has the potential to improve the thermal efficiency and promote the power output of the SI engine. However, the application of high compression ratio is substantially limited by the knock in practical working process. The objective of this work is to comprehensively investigate the application of high compression ratio on a gasoline engine based on the Miller cycle with boost pressure and split injection. In this work, the specific optimum strategies for CR10 and CR12 were experimentally investigated respectively on a single cylinder DISI engine. It was found that a high level of Miller cycle with a higher boost pressure could be used in CR12 to achieve an effective compression ratio similar to CR10, which could eliminate the knock limits at a high compression ratio and high load. To verify the advantages of the high compression ratio, the fuel economy and power performance of CR10 and CR12 were compared at full and partial loads. The result revealed that, compared with CR10, a similar power performance and a reduced fuel consumption of CR12 at full load could be achieved by using the strong Miller cycle and split injection. At partial load, the conditions of CR12 had very superior fuel economy and power performance compared to those of CR10.     

高滚流Atkinson循环燃烧系统研究

为进一步提高发动机热效率,提出高滚流Atkinson循环燃烧系统概念。其特征是采用高滚流气道和活塞组合,配合Atkinson循环和废气再循环(EGR)技术,提高缸内的滚流和湍流水平,加快燃烧速度,同时降低汽油机爆震倾向。利用GT-Power和AVL FIRE软件针对某型汽油机进行了一维整机工作过程和三维计算流体动力学(CFD)模拟分析。结果表明:高滚流气道有利于促进缸内滚流运动,滚流比由原机的0.5提高到2.6;配合高滚流活塞后,使进气过程中产生的缸内初始滚流和压缩过程中的滚流维持作用都比原机有所增强,湍动能水平提升6.3%,瞬时放热率与原机相比平均提高15%;在此基础上,采用进气门晚关的方式实现Atkinson循环,并增加EGR系统,降低高压缩比带来的爆震倾向,比油耗在整个万有特性中均呈下降趋势,最低比油耗区明显变大,最低比油耗相比原机下降11.3g/(kW·h)。     

电控燃油喷射稀燃五气门CA1102Q汽油机试验

介绍一例汽油机多气门化改造的结果。由普通二气门ＣＡ１１０２Ｑ汽油机改造为电控、进气道喷射的五气门汽油机,在未提高压缩比的情况下,采用可变进气技术。实验结果表明：小负荷工况降低比油耗２４％ ,怠速排放降低到仅为国标限定值的１０％ ,低速及高速动力性提高１０％ ,并将稀燃工况拓宽到了９０％ 负荷范围,显示了汽油机多气门化改造的潜力。     

高压直喷点燃式发动机燃用航空煤油掺混乙醇对燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点燃式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP3)为基础燃料,以乙醇为辅助燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、四冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了不同负荷、不同乙醇和航空煤油掺混比、不同喷射压力、不同喷射时刻下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在压缩比为7的条件下,由于爆震的限制,发动机负荷仅能达到原机的72.0%。而乙醇具有较强的抑制爆震的能力,随着乙醇在航空煤油中掺混比例的增加,发动机负荷区间不断拓展,当乙醇的掺混比为10%时发动机可实现全负荷工作。继续增大乙醇的掺混比例,可进一步提升功率并降低油耗。为探究喷油时刻对动力性、经济性的影响,试验测定了5种喷油时刻对燃烧性能的影响。当喷油时刻为压缩上止点前300°时,发动机具有较好的动力性;当喷油时刻为上止点前360°时,发动机具有较好的经济性。     

增大压缩比对国六柴油机性能的影响

通过理论分析和试验验证,研究增大压缩比对国六增压柴油机不同负荷工况点燃油消耗率的影响规律和对后处理系统性能的影响.结果 表明:增大压缩比可降低柴油机的燃油消耗率;在使用进气节流阀导致进气管压力低于环境压力的情况下,能够提供足够高的缸内压缩压力,但同时会导致排气温度降低,影响颗粒捕集器再生效率.     

Improving the performance of dual fuel engines running on natural gas/LPG by using pilot fuel derived from jojoba seeds

The use of jojoba methyl ester as a pilot fuel was investigated for almost the first time as a way to improve the performance of dual fuel engine running on natural gas or liquefied petroleum gas (LPG) at part load. The dual fuel engine used was Ricardo E6 variable compression diesel engine and it used either compressed natural gas (CNG) or LPG as the main fuel and jojoba methyl ester as a pilot fuel. Diesel fuel was used as a reference fuel for the dual fuel engine results. During the experimental tests, the following have been measured: engine efficiency in terms of specific fuel consumption, brake power output, combustion noise in terms of maximum pressure rise rate and maximum pressure, exhaust emissions in terms of carbon monoxide and hydrocarbons, knocking limits in terms of maximum torque at onset of knocking, and cyclic variability data of 100 engine cycles in terms of maximum pressure and its pressure rise rate average and standard deviation. The tests examined the following engine parameters: gaseous fuel type, engine speed and load, pilot fuel injection timing, pilot fuel mass and compression ratio. Results showed that using the jojoba fuel with its improved properties has improved the dual fuel engine performance, reduced the combustion noise, extended knocking limits and reduced the cyclic variability of the combustion.     

小排量增压汽油机进气压力对性能的影响研究

对465Q汽油机进行废气涡轮增压改造,研究了进气压力对增压发动机性能及排放的影响。增压后,发动机动力性能明显提升,增压压比越大,发动机的比功率越高;热效率提高,燃油消耗率下降,经济性改善;在低进气压力时,随进气压力增大,CO,HC排放减少,NOx排放增多;高进气压力时,随进气压力增大,CO,HC排放增多,NOx排放减少;CO,HC,NOx排放随转速的提高呈先增多后减少的规律;进气压力越大,发动机的放热率、压升率越高。     

Availability analysis of a coke oven gas fueled spark ignition engine

The current work investigates a coke oven gas fueled spark ignition (SI) engine from the perspective of the first and second laws in order to understand the energy conversion performance of fuels and achieve highly efficient utilization. A detailed energy and exergy analysis is applied to a quasi-dimensional two-zone spark ignition engine model which combines turbulence flame propagation speed model at 1500 rpm by changing gas fuel types, compression ratio, load and ignition timing. It was found that the irreversibility of methane is the maximum and that of syngas is the minimum among the three different fuels. The irreversibility in the combustion process of a coke oven gas fueled SI engine is reduced when the compression ratio or the throttle valve opening angle is increased and the ignition timing is delayed. Increasing the compression ratio and delaying the ignition timing can improve the first and second law efficiency and reduce the brake specific fuel consumption (BSFC). The power performance and fuel economy are good and the energy is also used effectively when the compression ratio is 11, the throttle angle is 90% and the ignition time is ?10° CA ATDC respectively.     

小排量汽油机压缩比的选取

由发动机原理我们知道,随着压缩比的增大会使燃烧的热效率提高,也可以使进气效率提高,发动机的功率、扭矩增大,有效燃油消耗率降低,但同时也会增加未燃混合气自燃的倾向。压缩比过大,热效率提高程度减慢,发动机燃烧粗暴,导致机件的机械负荷过大,排放污染严重。本文通过分析与试验给出不同压缩比对小排量汽油发动机的影响以及应用93号无铅汽油的合理压缩比的选取。