高辛烷值燃料对HCCI增压发动机燃烧和排放影响的试验研究

在一台经改装的4缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值(RON)基础燃料(PRF)和93号汽油的进气增压(pin)对均质压燃(HCCI)燃烧特性、性能和排放影响的试验研究.结果表明,进气压力增加,发动机缸内最大爆发压力提高,着火时刻提前.增压后,RON对PRF着火时刻的影响减小,汽油的着火时刻滞后于PRF.进气压力增加,HCCI正常运转工况范围向大负荷和小负荷区域都得到拓展.增压后汽油燃料所能达到的最大负荷比PRF高.相同供油量下,进气压力提高,燃烧效率和净指示热效率先增大后减小;最高燃烧效率和净指示热效率均增大.进气压力增加,HCCI发动机的HC和Nox排放降低,CO排放升高.增压后,RON对PRF的HC、CO和Nox排放影响变小,汽油的HC、CO和Nox排放较PRF高.     

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。     

DTBP改性汽油PPCI燃烧与排放特性的试验研究

在单缸柴油机上研究了不同比例十六烷值增强剂二叔丁基过氧化物(DTBP)/汽油改性燃料对部分预混压燃(PPCI)燃烧与排放的影响。研究结果表明:DTBP能拓展汽油PPCI运行工况;随着DTBP含量的增加,滞燃期缩短,燃烧相位CA50靠近上止点,燃烧放热集中,缸内温度升高,最大压力升高率升高,预混燃烧所占比例减小;随着DTBP含量的增加,NO排放升高,未燃HC和CO排放降低,有效热效率提高。并研究了DTBP质量分数为1%时,喷油时刻与废气再循环(EGR)对PPCI燃烧与排放特性的影响。研究结果表明:在喷油时刻延迟到曲轴转角为上止点前5°时,NO排放大幅降低,未燃HC和CO排放有所升高,较高负荷时有效热效率提高;EGR率20%时,有效热效率基本无变化,同时NO排放降低了60%,未燃HC排放降低了20%,CO排放提高了30%。     

不同进气温度条件下燃料特性对均质压燃燃烧过程影响的试验研究

为了研究不同进气温度(Tin)条件下燃料特性对均质压燃(HCCI)燃烧特性、工况范围和排放特性的影响,在一台改装的4缸直喷柴油机上进行了不同辛烷值(RON)基础燃料(PRF)、汽油和含氧燃料的进气加热发动机试验.结果表明,Tin较低时,PRF着火时刻最早,缸内最大爆发压力和峰值放热率最高,其次是汽油和含氧燃料,但Tin较高时,则是汽油燃料着火时刻最早,燃烧效率和能够实现的最高指示效率最高;Tin升高,所有燃料主燃烧着火时刻提前,缸内最大爆发压力和燃烧效率升高,HCCI正常运转工况范围向小负荷区域拓展,但Tin对指示效率的影响与燃料的RON有关.排放测试表明,Tin升高,所有燃料的HC和CO排放均降低,Tin较高时,燃料特性对两者的影响减小;Tin高于363 K时,汽油的HC和CO排放均最低;Tin和RON都相同,汽油燃料的Nox排放值相对较高,Tin对所有燃料的Nox排放的影响均不明显.     

LPG点燃式发动机冷起动首循环进气富氧试验研究

基于循环控制,详细研究了LPG点燃式发动机冷起动首循环进气富氧的燃烧及排放特性。试验在一台电控LPG进气喷射单缸风冷四冲程125 mL发动机上进行,采用膜式富氧方法实现富氧进气燃烧。研究表明:当过量空气系数大于0．7时,富氧进气燃烧缸压峰值与空气相比增加不显著,此后随混合气加浓,富氧进气燃烧缸压峰值开始明显大于常规空气进气燃烧;过量空气系数在0．4～0．876时,富氧进气燃烧与常规空气进气燃烧相比,HC排放没有较大降低,在此范围之外,富氧显著降低HC排放;过量空气系数在0．4～0．7,富氧与空气相比CO显著降低;富氧进气燃烧,使得首循环NO排放大幅增加;计算放热率发现,富氧燃烧速度比常规空气进气燃烧更快,放热更集中。     

直喷汽油机预混和分层稀薄燃烧特性对比研究

以多孔喷油器中间布置的热力学单缸直喷汽油机为平台,研究了预混和分层2种喷雾模式在发动机不同负荷的燃烧与排放特性,以及分层稀薄燃烧对发动机最大指示热效率的影响。研究结果表明:在燃烧循环变动系数(COV)不超过3的情况下,分层稀薄燃烧能够显著提高发动机部分负荷的过量空气系数极限,并且能在增压全负荷稀薄燃烧工况提高发动机的燃烧稳定性。在部分负荷(转速为1 500 r/min,平均指示压力(IMEP)为0.2 MPa)过量空气系数λ从1.0提高到1.5,泵气损失降低了26.30%,在2 000 r/min自然吸气全负荷工况,单缸机的最大指示热效率达到44.25%。提高λ,CO排放降低,NO_x排放先升高后降低,HC排放先降低后升高。     

稀燃对甲醇直喷点燃式发动机性能的影响北大核心CSCD

将一台增压直喷米勒循环汽油机改制成高压缩比(13.8)甲醇直喷点燃式发动机,在2 750 r/min、平均有效压力(brake mean effective pressure,BMEP)为1.1 MPa及1.5 MPa工况下研究了稀燃对甲醇直喷发动机燃烧、排放及热效率的影响。结果表明:随过量空气系数λ增大,甲醇直喷发动机滞燃期和燃烧持续期逐渐延长,高稀释率下燃烧滞燃期和持续期明显短于汽油原机。在1.1 MPa BMEP工况下,发动机的稳定燃烧极限从汽油原机的λ=1.5拓宽到甲醇直喷的1.7以上。气体排放方面,随λ增大,甲醇直喷发动机HC排放逐渐增加,而CO排放先降低后升高,在λ=1.1附近CO排放最低。与汽油原机相比,甲醇直喷发动机在各过量空气系数下均表现出更低的NOx、HC及CO排放。热效率方面,发动机在BMEP为1.1 MPa下,汽油原机和甲醇直喷的最大有效热效率分别为39.8%和44.1%,热效率绝对值分别较当量比燃烧提升2.5%和3.2%。BMEP提高到1.5 MPa后,甲醇直喷发动机在λ=1.4实现了44.5%的最大有效热效率。     

氢气直喷对发动机燃烧及排放性能的影响

基于一台高压直喷汽油机,将汽油直喷喷射器替换为氢气直喷喷射器,试验研究了发动机燃用氢气与汽油时的燃烧和排放特性差异。采用空气稀释,进一步分析了氢气发动机稀薄燃烧模式下热效率提升潜力及氮氧化物排放特性,明确了氢气燃料对发动机燃烧及污染物排放的影响规律。结果表明,当量燃烧模式下,相比汽油发动机,氢气发动机的燃烧持续期明显缩短,有效热效率降低,NO_x排放升高,CO及总碳氢（total hydrocarbon, THC）排放显著降低。提高氢气发动机的过量空气系数有助于改善有效热效率。在中等负荷工况下,过量空气系数为2.7时有效热效率可达43.5%。增大过量空气系数,氢气发动机能够在保持较高燃烧稳定性的情况下显著降低NO_x排放。在低负荷工况下,当过量空气系数大于2.3时NO_x排放最低可降低至44×10^-6。     

汽油和乙醇预混对柴油机燃烧与排放影响的试验

基于一台单缸柴油机,分别采用进气道喷射汽油和乙醇的预混方式,通过调节不同负荷下喷射汽油/柴油和乙醇/柴油燃料比例,以研究其对发动机燃烧与排放的影响.结果表明,低负荷下采用汽油或者乙醇预混,缸内最高燃烧压力降低,实现较为缓和的燃烧放热,均可以同时降低碳烟(Soot)和NOx,但HC和CO排放增加.较高负荷下随着预混比例增大,放热更加剧烈,缸内最大爆压升高.滞燃期随燃油预混比例增大而增大,但增大幅度随负荷增大而逐渐减小.与汽油预混方式相比,采用乙醇预混的方式滞燃期增大更加明显,且燃烧温度较低,在较高负荷下仍能实现较为缓和的燃烧放热,表明采用乙醇预混的方式有利于向高负荷拓展.     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。     

甲醇缸内直喷热氛围燃烧的试验研究

在单缸直喷式柴油机上进行了二甲醚(dimethyl ether,DME)气道喷射和甲醇缸内直喷的甲醇热氛围燃烧试验研究．结果表明,该燃烧方式呈现分布式放热规律,燃烧过程可分为DME低温放热、高温放热和甲醇扩散燃烧 3个阶段．随负荷的增加,实现稳定燃烧的最小DME比例减小．随DME比例减小,DME高温放热和甲醇燃烧滞后．在稳定燃烧的情况下,随DME比例的增大,燃烧效率和热效率降低,HC和NOx排放呈上升趋势,而CO排放先升高后降低．综合考虑,采用最小比例DME有利于提高其热效率、降低排放．此时热效率、HC排放与原柴油机相当, NOx降低约50％,但CO排放相对原柴油机有较大幅度的增加．     

点燃式发动机排放特性研究

测量并分析了C498QAl型电控燃油喷射发动机在稳定运转工况和过渡工况(常温起动、热起动、加速、减速等工况)排气中的有害排放物CO、NO、HC的排放量及C02、02和过量空气系数随测量时间的变化。结果表明：(1)试验用发动机在闭环反馈控制的稳定工况，其过量空气系数非常接近1，其CO、HC都处于较低排放水平。在全负荷开环控制的稳定工况，CO和HC的排放出现明显增大。(2)常温起动及热起动后，CO的排放量存在一个峰值，该峰值通常为起动后怠速运转时的数倍。     

不同馏程柴油对重型柴油机燃烧和排放影响的试验研究

为研究柴油理化特性对柴油机燃烧和排放的影响,将市售柴油利用温度切割工艺得到不同蒸馏特性的4种柴油作为测试燃料,4种燃料的馏程温度T50从200℃到278℃,试验在1台电控高压共轨重型柴油机上开展.结果表明:不同馏程柴油在全负荷工况下的缸压放热率差异较小,但外特性转矩存在一定差异,高馏程温度柴油的外特性转矩较高.在小负荷时,随着馏程温度降低,燃烧始点推迟,预混燃烧放热率峰值升高;随着负荷进一步增大,不同馏程柴油之间的缸压放热率差异逐渐减小.随着馏程温度下降,有效热效率降低,有效燃油消耗率(BSFC)增加.对于排放结果,随着馏程温度升高,NOx排放升高,HC与CO排放降低,碳烟排放受多方面因素影响;排放特性与燃烧特性类似,排放特性在小负荷工况时较显著,大负荷差异小.对于ESC循环加权结果,随着馏程温度升高,加权有效燃油消耗率降低,但有效燃油消耗率降低仅为1%;随着馏程温度升高,加权NOx增长15%,加权HC、CO排放分别降低54%、18%;不同馏程柴油的加权碳烟排放差异为43%.     

废气再循环对二甲基醚均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在一台单缸发动机上进行了废气再循环(EGR)对二甲基醚(DME)均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。结果表明，EGR比例小于20％对运行最大负荷工况范围影响不大；采用高比例EGR可以拓宽DME均质压燃运行工况范围，随着EGR率增大，HCCI运行的最大负荷工况增大，着火燃烧时刻推迟，燃烧放热率降低，缸内最大爆发压力降低，发动机热效率增大；EGR率小于75％，HC排放略有降低或相当，EGR率为75％时，HC排放显著增加；EGR率大于25％，随着EGR率增加，CO排放增大，小负荷工况尤其明显，在中高负荷工况，EGR率对CO排放影响较小。     

缸内喷射CO2对柴油机均质压燃影响的初步研究

采用气体喷射系统向气缸内喷射CO2,研究了CO2喷射始点和循环喷射量对均质压燃(HCCI)柴油机燃烧特性和排放特性的影响。试验结果表明:CO2缸内喷射可以有效控制燃烧始点和降低NOx排放。随着CO2喷射始点提前和循环喷射量增大,爆发压力和缸内温度降低,低温和高温放热始点推迟,压力升高率降低;NOx排放降低,碳烟、HC和CO排放升高。另外,燃烧相位的改善,减小了压缩负功,使指示热效率也比未喷射CO2时增大。     

二甲醚/甲醇均质压燃性能和排放特性的试验研究

在单缸发动机上进行了二甲醚/甲醇均质压燃(HCCI)的试验研究。结果表明,采用二甲醚/甲醇双燃料方式,HCCI的工况范围大幅拓宽,低转速平均指示压力接近0.8MPa。低负荷工况指示热效率随甲醇浓度的降低而升高;对于较高负荷,存在一个指示热效率较高的甲醇浓度区间。正常燃烧范围内,NOx排放一般低于20×10 6,即使在接近爆燃的工况,试验中测得的NOx排放也低于100×10 6;HC和CO排放明显高于柴油机。随甲醇浓度降低,HC和CO排放降低,NOx排放略有升高。     

运行工况对基础燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在一台经改装的单缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值基础燃料下发动机转速对均质压燃（HCCI）燃烧特性、工况范围和排放特性影响的试验研究。研究结果表明：发动机转速升高,不同辛烷值燃料着火燃烧时刻推迟,以曲轴转角计算的燃烧持续期延长,高辛烷值燃料的缸内最大爆发压力和缸内温度降低;在中间转速,HCCI实现的最高平均指示压力最大,高转速工况,最高平均指示压力降低;对于低辛烷值燃料,转速对燃烧效率影响不大,转速升高,指示热效率增大;对于高辛烷值燃料,转速升高燃烧效率降低,指示热效率在中间转速最高,高转速降低。排放测试表明,转速升高使得HCCI运转的HC和CO排放都升高,NOx排放则逐渐降低。     

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。     

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。     

乙醇与柴油混合燃料燃烧特性及排放特性的试验研究

在一台YC4112ZLQ增压柴油机上进行了不加任何助溶剂和着火改进剂的情况下,无水乙醇与柴油混合对柴油机燃烧过程影响的研究。试验结果表明,随着混合燃料中乙醇比例的提高,滞燃期延长,放热峰值增大,缸内最大爆发压力和最大压力升高率升高。与柴油相比,E10和E20有效热效率与原机相当,E30在高速大负荷工况热效率降低,NOx和碳烟排放明显降低;但HC和CO排放随着混合燃料中乙醇比例的增大,发动机转速为1500 r／min时,HC排放和CO排放均降低,发动机转速为2300 r／min时,HC排放和CO排放均有所升高。