柴油机进气喷水技术探讨

对柴油机进气喷水进行了试验研究 ,在此基础上 ,分析了直喷式柴油机进气喷水对燃油雾化和燃烧的作用机理 ,并对进气喷水的热力循环进行分析 ,为此技术的开发与应用提供可行性依据。试验结果表明 :进气喷水具有降低柴油机的燃油消耗率、排气温度和烟度等作用。     

辛烷值对汽油机性能的影响

在国-Ⅲ和国-Ⅳ汽油机上研究了辛烷值时汽油机动力性、燃油经济性、排放性能和燃烧特性的影响.试验结果表明:过高辛烷值会降低燃油经济性,尤其在中低负荷,97号汽油的有效燃油消耗率相对90号汽油最大升幅迭6.5%;提高辛烷值使带爆震控制系统的国-Ⅳ汽油机动力性得到改善,97号汽油的输出扭矩相对于90号汽油最大升幅达4.6%,但对未带爆震控制系统的国-Ⅲ汽油机动力输出无明显变化;而且高辛烷值会增加THC排放.通过示功图分析表明,高辛烷值汽油会抑制燃烧速率,使燃烧等容度降低,造成油耗和THC排放升高.     

PODE_n/柴油对重型柴油机燃烧与排放的试验

针对一台多缸重型柴油机,围绕进气和燃油喷射系统,研究了可变截面涡轮增压器(VGT)、燃油喷射参数(燃油喷射压力、喷油器流量)对聚甲氧基二甲醚(PODE_n)/柴油混合燃料低温燃烧方式的影响.结果表明:PODE_n/柴油混合燃料可以改善燃烧,降低排放.随着负荷的增加,VGT开度逐渐增大,在进气量充足的情况下,增加VGT开度有助于改善燃油消耗率.综合排放和有效热效率的影响,B25、B50和B100对应的最佳VGT开度分别为50%,、55%,和60%,.提高燃油喷射压力可以降低排放,但过高的燃油喷射压力会导致燃油消耗率升高,B25、B50和B100工况的最佳燃油喷射压力分别为140、160和175,MPa.提高喷油器流量可以缩短燃油喷射持续期和燃烧持续期,提高扩散燃烧速率,排放和有效热效率同时得到改善.     

发动机塑料进气歧管的应用现状与发展趋势

发动机塑料进气歧管可比铝进气歧管重量减轻50%以上,发动机动力性能得到5~10%的提升,经济性和排放性也有相当改善,材料和制造成本都可得到降低。但是塑料进气歧管作为发动机进气系统最关键的零部件,其设计和制造难度很大。本文主要研究发动机塑料进气歧管国内外的发展现状,提出了自行研究掌握其生产开发核心技术,加快发展塑料进气歧管的建议。     

船用直喷式柴油机的可控进气涡流技术

通过对直喷式柴油机进气系统的理论分析和试验研究表明,双进气道的设计目的是达到较高的流通能力和适度的进气涡流,而阀板控制着进气涡流的强度,兼顾在高低转速下进气涡流和燃油喷雾的最佳化调整, 起到了控制排放和降低油耗的作用。可控进气涡流系统可综合改善柴油机高、低负荷性能,在实际使用时还应考虑在系统上的配置。才能减少氮氧化物排放和降低燃烧噪声。     

进气预热降低汽油机冷起动排放的研究

研究了不同进气温度、加热方式和蓄热箱容积对发动机冷起动排放的影响规律。结果表明，提高进气温度有利于减少冷起动阶段的HC、CO排放。最初参与缸内燃烧的新鲜空气的温度对冷起动HC排放有重要影响，对发动机进气歧管内的冷空气进行加热可以大幅度降低HC排放。蓄热箱容积一定时（30L），存在一个进气温度（70℃）可以使HC、CO排放改善得到最佳效果（分别降低36％和13％）。较强的蓄热能力，可以在较大温度范围内减少排放。     

基于射流点火和气道喷水技术的缸内直喷汽油机稀薄燃烧特性研究

在一台4缸涡轮增压汽油机的基础上,增加预燃室和进气道喷水系统,在最佳油耗工况附近（转速2 500 r/min,平均有效压力为0.8~1.2 MPa）开展了试验,研究和分析了汽油机稀薄燃烧特性,以及射流点火和进气道喷水技术对稀薄燃烧性能的影响。结果表明,稀薄燃烧可以将有效热效率从当量燃烧的39.5%提高到42.4%左右,但是当过量空气系数超过1.4以后,燃烧稳定性和碳氢排放变差。采用射流点火技术可以将稳定燃烧的过量空气系数拓展到1.7以上,热效率增加至43.0%以上,燃烧持续期最大缩短37.6%,循环波动不超过1.3%。在此基础上增加进气道喷水,对于平均有效压力在1.1 MPa以上的负荷,抑制爆震效果明显,喷水脉宽达到4 ms时,爆震限制的燃烧重心可以提前到活塞上止点后8°左右,同时最大热效率超过44%,循环波动不超过3%;但是对于平均有效压力低于1.1 MPa的负荷,爆震现象不严重,喷水反而会降低燃烧速率和热效率,同时燃烧稳定性和未燃碳氢排放也随之恶化。     

EGR和进气温度对重油燃烧过程中NO_x的影响

在8340发动机的基础上,建立燃烧室有限元模型,计算EGR和进气温度对重油燃烧过程中NOx排放的影响。结果表明,EGR能控制燃烧速度,显著降低NOx的排放,但会导致燃油消耗率及碳烟的增加;进气温度的降低,能降低油耗并且使NOx的排放性能得到很好的改善。通过耦合EGR与进气温度来达到控制NOx的排放。     

燃油喷射参数对直喷式柴油机燃烧性能与排放的影响

此项研究的目的是探讨在直喷式柴油机中,燃油喷射参数对燃烧性能和排放的影响。柴油机的循环情况和燃油喷射参数在发动机燃烧过程和排放中起了重要作用。 为了获得喷油参数对柴油机的燃烧性能与排放的影响情况,在带有副燃烧室的单缸直喷式柴油机上进行了试验。 试验结果表明,在不同燃油喷射压力和进气气流情况下,副燃烧室能降低排放和改善发动机性能。我们还发现,增加燃油喷射压力可提高气缸压力、气体温度,降低排放。     

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.     

富氧燃烧对柴油机工作特性影响的试验研究

在一台增压柴油机上进行了富氧进气的试验研究,并在此基础上采用EGR技术,研究不同进气氧浓度下EGR率对柴油机排放特性的影响,以期改善柴油机NOx和碳烟的权衡关系。研究表明:富氧进气柴油机在同一进气氧浓度下,其有效燃油消耗率随着负荷的增加而明显减小;同一负荷时有效燃油消耗率随着氧浓度的升高而稍有降低。在富氧燃烧的基础上,引入EGR可以实现柴油机的烟度和NOx排放的同时降低,其关键是在一定的工况点匹配与之相适合的EGR率。当2 200 r/min全负荷工况下,进气氧浓度21%与EGR率20%组合、氧浓度22%与EGR率50%组合,烟度和NOx排放降低比例分别达到20.0%和14.8%、6.7%和19.2%。     

双点火及补气对摩托车发动机性能影响的研究

针对摩托车发动机经济性差、排放高的问题,笔者在一台加装了双火花塞和进气补气系统的单缸摩托车发动机上,在不同转速条件下,就双火花塞点火和补气对内燃机燃烧与排放特性的影响进行了试验研究。试验结果表明,采用双点火配合进气补气的方法可以有效降低发动机CO、HC排放及比燃油消耗率。在转速为3500r.min-1的条件下,采用双点火配合进气补气的发动机比燃油消耗率较原机降低约12.5%。在发动机转速高于3000r.min-1时,采用双点火也可以在一定程度上改善发动机经济性并降低CO和HC排放。但NOx排放在双点火条件下较原机略有升高。     

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。     

正丁醇对柴油机低温燃烧和排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上,研究了柴油中掺入正丁醇燃料在不同EGR率、进气压力下对燃烧、性能和排放的影响.结果表明,柴油中添加正丁醇燃料使着火滞燃期延长,缸内最大爆发压力和燃烧温度下降,低温燃烧"失火"的EGR率降低,指示油耗减少,燃油经济性改善;正丁醇可明显降低碳烟排放,使烟度随EGR率变化趋势更加"平坦",烟度峰值对应的EGR率,变低,正丁醇比例越高,烟度越低;正丁醇对气体排放的影响与进气压力有关,正丁醇可以有效降低NOx排放,进气压力越大,正丁醇降低NOx的效果越明显;进气压力为0.15 MPa时,正丁醇比例越大,CO排放越低,但进气压力为0.24 MPa时,B20燃料CO排放最高;正丁醇对THC排放影响不大,但B20燃料在高EGR率条件下,其THC排放明显增大.因此,柴油燃料添加正丁醇是降低低温燃烧烟度和NOx排放,改善低温燃烧性能的有效途径.     

柴油机进气火焰预热系统着火临界温度的研究

在进气歧管入口处安装进气火焰预热系统是改善柴油机冷起动性能的一种有效方法.基于自行搭建的进气火焰预热系统试验平台,研究了燃油喷射方向和进气流量对着火临界温度和火焰形态的影响.结果 表明:着火临界温度随燃油喷射方向和进气管内空气流动方向之间夹角的增大呈先降低后升高的变化,火焰面积呈先减小后增大的变化,在90°时着火临界温...     

用喷气式可变涡流进气系统改善柴油机的排放性能

自行研制了一种向螺旋进气道内喷射空气的可变涡流进气系统——喷气式可变涡流进气系统,试验研究了该系统对柴油机排放特性的影响。结果表明,该系统在不影响进气充量系数的情况下,可以明显改变柴油机微粒和氮化物的排放量。其原因在于系统对气缸内涡流强度的改变,直接影响了燃烧与空气的混合、燃烧。对于涡流强度与燃料的燃烧不相匹配的发动机工况,喷气式可变涡流进气系统可以有效改善发动机的排放性能,缓解氮氧化物与微粒排放的矛盾。     

基于光纤测试的汽油机爆震预防和位置验证

为了验证快速燃烧技术抗爆措施在汽油机上的综合效果，以及获取燃烧系统进一步优化的方向，利用光纤测试技术和传统测试手段，通过统计分析，在增压直喷汽油机上进行爆震测试、爆震位置识别以及爆震强度与爆震位置相关性研究．结果表明：刻意提前点火角诱发爆震可获得发动机的抗爆潜力，通过外特性进/排气侧爆震特征分析和缸间爆震特征对比，发现在研发动机的爆震位置以进气侧为主．在爆震强度最高的循环和爆震峰值(KPPK)排名前5的循环中，进气侧发生高强度爆震的概率高达69.7%和64.5%，该结果与爆震仿真趋势预测结果相一致，此方法可预测爆震和验证爆震位置，为发动机性能的进一步升级提供方向．     

柴油机分段喷射下混合气形成及其对燃烧排放的影响

基于数值模拟计算,研究了不同预喷策略下某非道路直喷柴油机混合气形成和燃烧过程,分析了挤流和涡流对主、预喷燃油当量比分布和燃烧的影响。结果表明:适当的主预喷间隔(20°)能够使预喷燃油在挤流带动下进入燃烧室凹坑;适当强度的进气涡流比(1.5～2.0)能使预喷油束偏转并在相邻两束主喷油束之间燃烧。二者都可以改善主喷和预喷油束的重叠,并且可以充分利用预喷燃油的放热量促进主喷燃油的混合和提升燃烧速率。优化喷油策略结合适度的进气涡流可以提高发动机功率,降低碳烟排放,但会使NOx排放增加。     

气道喷水和废气再循环对重型柴油机性能和排放影响的优化匹配试验研究

在一台高压共轨重型柴油机上开展了气道喷水结合高压废气再循环(EGR)的试验研究。基于世界统一稳态测试循环(WHSC)各工况点探索引入高压EGR和气道喷水技术对柴油机排放和燃油经济性的影响;在此基础上对各工况的燃烧相位进行优化,得到WHSC各工况点下基于喷水和EGR的优化策略。结果表明:综合考虑排放和燃油经济性,低负荷工况宜单独引入高压EGR,并通过提前喷油时刻(start injection timing,SOI)优化燃烧相位;中高负荷工况宜少量喷水并引入适当EGR,满负荷则应单独采取气道喷水策略。WHSC加权结果表明,在保持较低的HC、CO和碳烟排放前提下,优化后的加权NOx比排放降低7.71g/(kW·h),降幅约45.2%,有效燃油消耗率降低约1.20g/(kW·h)。     

增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验

在增压缸内直喷汽油机上发现了与普通爆震不同的异常燃烧模式——超级爆震,阐述了超级爆震的特征,对比分析了超级爆震与常规爆震和正常燃烧的基本不同．发生超级爆震时,最大爆压达到正常燃烧的2倍以上,并且通过推迟点火角不能抑制超级爆震的发生．在此基础上,初步研究了冷却水温度、进气温度、进气相位和过量空气系数等对超级爆震的影响．试...