气门正时对柴油燃料HCCI燃烧影响的初步实验研究

开发了变进排气正时控制机构,实现气门正时的调节,采用在进气上止点前进行柴油燃料的喷射,利用缸内残余高温废气余热加速燃油蒸发,实现了柴油燃料的HCCI燃烧,同时,研究了不同气门重叠期下HCCI燃烧的燃烧特性,不同负荷的工作稳定性和排放特性,结果表明,对于低温自燃性好的柴油燃料,排气门早关和进气门晚开引起的缸内温度升高比由此引起的残余废气增加对工质的稀释效果更大,使HCCI燃烧的着火始点提前,易引起大负荷工况HCCI燃烧的工作粗暴,但有利于小负荷工况HCCI燃烧的工作稳定性。     

排气正时与增压对柴油HCCI燃烧影响的试验研究

ETCI(Exhaust Top dead center Injection Compression Ignition)燃烧利用负气门重叠产生的高温残余废气对高压喷入的燃油进行加热促进蒸发,实现了HCCI燃烧.基于ETCI的燃烧模式,研究了排气正时以及增压压力等参数对燃烧过程的影响.试验结果表明,排气正时对燃烧特性有较大的影响,利用排气正时控制残余废气率和IVC时刻缸内平均温度可间接实现燃烧相位的控制;在自然排气状态下,进气压力的升高增大了过量空气系数、可小幅度降低IVC时刻缸内残余废气与新鲜空气的混合气的平均温度,在一定范围内实现燃烧相位的控制.通过不同排气正时下合理的增压压力配合可实现燃烧相位的有效控制并降低排放.     

进气温度对正庚烷HCCI燃烧特性影响研究

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)下进气温度对燃烧特性的影响进行了研究.以正庚烷燃料为研究对象,在不同的进气温度条件下,通过对燃烧始点、燃烧持续期、燃烧放热率等参数的分析,得出了进气温度对HCCI燃烧特性的影响规律.试验结果表明:随着进气温度的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,最高燃烧温度升高,放热率最大值增加.     

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。     

边界条件对正庚烷均质压燃燃烧过程的影响

应用零维详细化学反应动力学模型,对不同边界条件下正庚烷（n—heptane）均质压燃燃烧反应的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究,得出了以初始温度和燃料当量空燃比这两类边界条件为函数,压缩比为17,转速为1400r／min的HCCI全工况解。结果表明：HCCI燃烧分为完全燃烧区域、低温反应和蓝焰反应区域、仅发生低温反应区域和失火区域;不发生热焰反应的关键是反应H＋O2=O＋OH进行程度浅,不能生成足够的OH自由基使CO氧化成CO2;蓝焰反应也不发生而仅发生低温反应的关键是H2O2分解反应的进行程度浅,H2O2只有在缸内温度达到1000K时才能快速分解,这就不能生成足够的OH自由基使甲醛转化成CO2低温反应和蓝焰反应区域是高CO排放区,仅发生低温反应的区域是高甲醛排放区。     

预混合率对正庚烷/柴油双燃料复合 HCCI燃烧的影响

在一台单缸柴油机上试验研究了预混合率对正庚烷/柴油复合HCCI(Homogeneous Charge CompressionIgnition)燃烧的影响.结果表明:复合HCCI燃烧呈现三阶段放热模式,并且随着预混合率的增大,复合HCCI燃烧第二阶段高温反应着火提前,燃烧持续期缩短,第三阶段扩散燃烧滞燃期缩短,同时缸内最高压力和温度均升高.复合HCCI的Nox排放与纯柴油直喷相比有显著降低,且随预混合率的增大先降低后升高;碳烟排放在预混合率较小时与原机基本持平.同时复合HCCI的CO排放随预混合率增大先增后减,而HC则与预混合率成一定的正比关系.此外,复合HCCI燃烧能够明显改善原机中低负荷下的热效率.     

预混合比例实时优化控制正庚烷复合HCCI燃烧

在一台单缸柴油机上试验研究了预混合比例对正庚烷复合HCCI燃烧的影响,并在各个负荷下实现预混合比例的优化控制.结果表明:复合HCCI燃烧呈现三阶段放热模式,并且随着预混合比例的增大,复合HCCI燃烧第2阶段高温反应着火提前,燃烧持续期缩短,第3阶段扩散燃烧滞燃期缩短,同时缸内最高压力和最大压力升高率均升高.复合HCCI的NOx排放与直喷相比显著降低,且随预混合比例的增大先降低后升高.同时,复合HCCI的CO排放随预混合比例增大先增大后减小,而HC则随预混合比例增大而增大.通过预混合比例优化控制,复合HC-CI燃烧能够显著拓展负荷范围,并且保持较高的热效率.     

甲基叔丁基醚对正庚烷均质压缩燃烧抑制效果的试验研究

研究了含甲基叔丁基醚(MTBE)的正庚烷HCCI燃烧特性和排放影响因素.在单缸HCCI发动机上,开展了正庚烷、10%～50%MTBE正庚烷燃料在1 800 r/min下不同负荷时的试验研究.研究表明,在正庚烷中加入MTBE后,低温反应时刻明显推迟,低温峰值放热率降低,负温度系数区持续时间延长,引起高温反应时间的推迟,从而使得最大平均指示压力(IMEP)增加,但是最小稳定运行IMEP也增加,燃烧效率相对降低.对影响HC和CO排放的参数分析发现,影响HC排放的主要参数是最高燃烧温度和燃料成分;而影响CO的参数主要有最高燃烧温度、最大压力升高率和平均指示压力.要保持较低的CO排放,最高燃烧温度要大于1 500 K,最大压力升高率高于0.5 MPa/°CA,平均指示压力大于0.3 MPa,燃烧持续时间小于9°CA.     

HCCI发动机多区燃烧模型的比较研究

多区模型作为现阶段均质压燃（HCCI）发动机高效准确的数值模型得到了世界范围的广泛关注。讨论了不同子模型对多区模型预测性能的影响。以实验为基准,比较了多区模型中区间划分、缸壁传热模型、区间热量交换模型、区间质量交换模型和边界层模型对HCCI发动机燃烧和排放模拟结果的影响,全部计算均基于异辛烷的详细化学动力学机理。结果表明：在区间划分时对温度较低的区域细化可以提高排放的计算效果,而对高温区域的细化对计算结果影响不大;改进的Woschni传热模型更准确地模拟了缸壁的传热过程;区间的质量和热量交换对计算结果影响显著,特别是质量交换模型的加入使CO排放的预测与实验值更为接近;而边界层厚度模型对整个结果影响不大。     

MULINBUMP HCCI燃烧控制特性的试验和数值模拟

通过试验和数值模拟方法研究了MULINBUMP-HCCI燃烧控制特性.发动机试验表明,通过控制多脉冲喷射参数可以控制预混合气的形成,从而控制燃烧放热速率,获得很低的排放水平.在不采用废气再循环的条件下,NOx排放在低负荷时只有11×10-6,高负荷时也不超过250×10-6,烟度则始终小于0.5 BSU.对多脉冲喷射预混合气形成历程的CFD数值模拟表明,不同的多脉冲喷射定时在混合气形成过程中形成不同的浓度和温度分层,从而引起燃烧特性的变化.通过控制多脉冲喷射参数来控制HCCI燃烧相位和燃烧速率是一种实用、有效的策略.     

喷油提前角对柴油机燃烧特性的影响

为了研究柴油机在不同喷油提前角下的燃烧特性,采用三维流体数值分析软件AVLFIRE建立了某型柴油机燃烧计算模型.在不同喷油提前角下,对燃烧滞燃期、油气混合程度、温度、燃空当量比、放热率和压力进行分析,得出:随着喷油提前角的增大,滞燃期延长,着火时刻形成的可燃混合气增多,缸内最高燃烧压力和最高温度也随之升高同时放热规律相...     

全可变气门机构动态调节特性对汽油HCCI运行的影响

利用GT-Power和Simulink搭建了进排气门升程相位全可变(4V)HCCI发动机仿真平台,其中包括单缸机模型、HCCI燃烧模型、4V型线生成器模型、4V机构执行器模型及发动机控制器模型．在此平台上分别研究了全可变气门的升程及相位的正向和反向动态调节特性对HCCI过渡运行的影响．仿真结果给出了HCCI过渡运行中相对于气门调节的时间滞后特性,为进一步的HCCI动态过程控制提供了基础数据．     

进气上止点燃油喷射实现柴油HCCI燃烧的试验研究

提出了采用在进气上止点附近进行燃油喷射,通过内部EGR促进燃油蒸发混合的方法,实现柴油燃料的均质压燃(HCCI),并通过副喷嘴喷射引燃柴油解决HCCI发动机的冷启动困难问题．试验表明该方法有利于在缸内形成均质混合气,在常温进气的情况下就可得到较好的HCCI燃烧效果．同时,还对影响HCCI燃烧的发动机负荷和进气温度进行了研究,认为由这些因素引起的缸内温度变化是影响HCCI燃烧的主要原因。     

喷油提前角对非道路移动机械用柴油机性能的影响

以一台四缸非道路移动机械用柴油机为试验发动机,在喷油提前角为3℃A、1℃A和-1℃A条件下,对发动机的外特性、经济特性以及排放特性进行了研究。研究表明:喷油提前角的推迟,对发动机动力性影响不大;但对柴油机的经济性影响比较大,尤其是发动机运行在中高转速时;喷油提前角对排放也有较大影响,随着喷油提前角的推迟,CO和HC排放增加,NOx排放得到一定程度的改善;喷油提前角3℃A下的八工况点比排放得到大幅改善。因此,通过调整喷油提前角可使该非道路用柴油机达到拟国3排放法规的要求。     

电控单体泵柴油机喷油正时控制策略的研究

基于电控单体泵的燃油喷射系统,提出了一种喷油正时的计算方法,设计了喷油正时的控制策略,可根据柴油机的运行参数选择相应的控制模式。实机试验表明,应用此控制策略能有效保证柴油机的排放性能。     

电控配气柴油机性能分析研究

针对TBD234V6型柴油机的配气系统,设计了电控可变气门系统,并应用相关软件模拟气门运动规律。运用GT-POWER软件建立该柴油机的模型,计算柴油机功率、扭矩、燃油消耗率等参数,并用试验验证仿真模型的准确性。利用该模型研究分析了柴油机配置电控可变气门后的工作过程及性能变化规律。结果表明:利用该电液控制配气机构代替传统的配气机构,设计与柴油机运行相对匹配的气门运动规律,有利于柴油机动力性和经济性的提升。     

调制喷油模式对柴油HCCI燃烧性能和排放的影响

基于多脉冲喷射模式调制的电控开发系统和对柴油HCCI燃烧过程的认识,设计了一系列的典型调制多脉冲喷油模式,包括交错式(SM)、驼峰式(HM)、均衡式(EM)和递增式(PIM)．分别进行了4次多脉冲、5次多脉冲和6次多脉冲调制喷油模式的HCCI发动机试验研究．试验结果表明,柴油HCCI燃烧对调制喷油模式极其敏感,基于调制喷油模式的柴油HCCI燃烧均能达到超低的NOx排放(小于0．82 g／(kW·h))和较低的碳烟排放(小于0．5 BSU)．调制喷油模式的优化,可以使柴油HCCI发动机获得更高的功率输出,拓展其运行的工况范围．     

发动机排气门电液驱动可变配气相位机构的设计

在不改变气缸盖结构和保留原机进气门驱动机构的基础上,设计了一种电液驱动可变配气相位的排气门驱动机构.通过与原机机械结构对比试验得出:该机构气门升程曲线具有良好的重复性;在不同发动机转速下,该机构可以按原机配气相位开启和关闭,开启速度、排气流通截面积明显优于原机;改变液压系统的驱动压力,可以改变气门的开启速度;该机构可以实现气门正时和气门升程的连续可变.