汽油—氢混合燃料燃烧的试验研究

在汽油-空气混合气中,添加部分氢气,可扩大混合气的着火界限,提高火焰传播速度,加快稀薄混合气的燃烧速度,从而提高发动机的经济性,改善排放特性。本文探讨了汽油机燃用汽油-氢混合燃料提高经济性和改善排放特性的可能性,介绍了在单缸试验机中,燃用混合燃料,提高热效率和经济性以及降低排放所获得的研究成果。     

5个待定系数的修正韦伯函数在发动机多火焰区燃烧模型中的应用

提出了含5个待定系数的修正韦伯函数，并应用多元非线性回归技术确定这些系数，模拟了具有双火焰区燃烧模式和稀燃－速燃特性的汽油机射流燃烧系统燃烧室中混合气的燃烧特性，从而成功地借助示功图分离出对分析整个燃烧过程至关重要的各火焰区中的质量燃烧率和火焰速比等参数，构成了实用的附有双火焰区的三区准维燃烧分析模型。应用实例表明，该函数与多区模型相结合，将在火花点火发动机燃烧模拟中具有强大生命力。     

应用高速纹影法对汽油机燃烧过程的研究

根据光学纹影法的基本原理和高速摄影技术,在可视化发动机台架上搭建了一套反射式纹影光路系统,使其能够较清晰准确地记录燃料初期蓝焰的扩散过程。通过对比,纹影图像比直接摄影图像能更早地观察到火焰的产生,火焰轮廓更大,能够反应火焰的变化形态。试验将此系统应用在汽油机燃烧过程的研究中,并分析了空燃比和负荷时汽油机火焰传播速度及火焰形态的影响。结果表明:在理论空燃比附近,随着混合气变浓,着火始点靠前,火焰传播速度加快,火焰的表面皱折变大;负荷的提高使得燃烧更加充分,着火提前,火焰传播速度提高,火焰皱折增大。     

高电压下浓/稀天然气燃烧特性的对比研究

利用定容燃烧装置研究了高电压作用下浓/稀天然气火焰的燃烧特性,并探讨了以自由电子为主的阴离子对火焰燃烧的作用机理。试验中加载电压为0kV、5kV和10kV,浓/稀混合气的过量空气系数λ分别为0.8和1.4。在加载电场作用下,球形膨胀火焰在与电场相反方向上的火焰传播明显加快,火焰传播速度和火焰拉伸率随加载电压的增强而增大,稀燃混合气的火焰传播的增强程度最为明显。加载10kV电压时,λ为0.8和1.4火焰的平均速度比没有电场作用时分别增加了36.4%和49.5%。火焰传播速度的增强,促进了燃烧过程的进行,使得混合气燃烧的滞燃期缩短,压力升高率增加,且压力峰值时间提前。稀燃混合气的燃烧压力峰值有较大提高,而浓燃混合气的压力峰值变化不大。试验中加载电场对球形膨胀火焰燃烧的作用机理可用火焰中的阴离子,尤其是O_2~-主导的离子风效应来说明。同时,电场在一定程度上也促进了火焰燃烧化学反应的进行。     

基于两阶段燃油喷射的直喷汽油机离子电流特性的试验

基于两阶段燃油直喷的汽油机研究了首次喷油时刻、第2次喷油时刻、两阶段喷油比例以及点火时刻对起动首循环缸内燃烧离子电流特性的影响.分析了不同燃烧边界条件下直喷汽油机缸内燃烧反相离子电流峰值及其相位的变化,进而探讨了缸内压力及放热率之间的关系.此外,分析了分层燃烧直喷汽油机典型燃烧情况下的离子电流波形特征,并且对比了分层混合气和均质混合气燃烧模式下离子电流波形特征.结果表明,调整首次喷油时刻、第2次喷油时刻以及两阶段喷油比例主要是改变缸内混合气形成特性,尤其是火花塞附近的局部混合气浓度,影响了火焰传播速度,进而也影响了形成的离子电流的强弱.提前和推迟点火时刻均导致反相离子电流峰值减小.另外,4种典型的燃烧(失火、部分燃烧、伴有后燃以及正常燃烧)情况下,离子电流波形特征有着显著的差异,且反相离子电流峰值和积分信号在4种情况下依次增大,伴有后燃的情况下在做功冲程后期再次出现离子电流峰值波形.     

直喷二甲醚对稀汽油混合气燃烧过程影响的研究

在一台四冲程单缸汽油机上,通过缸内直喷二甲醚(DME)实现了空气稀释汽油混合气的稳定燃烧。研究结果表明:在1 500r/min下,固定循环燃油热值时,直喷DME可以降低汽油机稀燃下的循环变动,加速初期火焰发展速度,缩短燃烧持续期,提高汽油稀燃稳定燃烧的过量空气系数上限。稀燃和直喷DME相结合可以改善发动机在稀燃下的燃油经济性。与理论空燃比混合气相比,稀燃能使指示燃油消耗率最多降低11.7%。改变点火时刻和直喷DME比例能实现不同过量空气系数下的最佳燃烧相位。随着过量空气系数的增加,最佳放热中心相位提前。     

火花点火层状充气发动机的现状及展望

1.前言火花点火层状充气发动机是燃烧室内混合气的浓度分布发生层状变化,用装在可燃混合气层的火花塞点火,而后火焰沿着扩散形成的可燃层向混合气传播的方式工作的发动机。采用这种方式,总空燃比虽然很稀,已超过了可燃极限,但在局部却可形成可燃混合气层。因而不同于供给相同浓度混合气的普通汽油机,部分负荷时无需节流进气。     

多缸汽油HCCI发动机燃烧循环变动的研究

在均质混合气压燃(HCCI)发动机研发中多缸不均匀性是一个重要的问题.通过在缸内直喷汽油机(GDI)上采用两次燃油喷射和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了SI/HCCI复合燃烧方式,研究了汽油HCCI发动机在不同燃烧模式下的多缸燃烧循环波动特性.研究结果表明:在汽油机中低负荷典型工况下,HCCI燃烧pi的缸内循环波动率小于2%,缸间循环波动率小于3%;HCCI发动机缸间循环波动主要受进气量的影响,与SI燃烧模式相比,采用稀燃模式的汽油HCCI燃烧缸间循环波动较小,HCCI燃烧的压力升高率和最高燃烧压力的循环波动率较小.     

喷氢时刻对缸内直喷掺氢汽油机燃烧及排放的影响

在汽油机中掺烧少量氢气,能够利用氢气点火能量低、火焰传播速度快的优势提高混合气的燃烧速度,降低CO和HC排放.而缸内直喷氢气可以通过调整喷氢时刻,使氢气富集在火花塞附近,引燃混合气,实现稀薄混合气的快速燃烧,进而提高混合气的做功能力.在1,800,r/min、过量空气系数为1.5的稀燃工况下,选取了75、90、105、120和135°,CA BTDC 5种喷氢时刻,研究了喷氢时刻对缸内直喷掺氢汽油机燃烧及排放的影响.结果表明:掺烧10%能量分数的氢气时,在105°,CA BTDC下氢气富集作用最好、动力性最强,缸压峰值最多提高16.2%,,热效率最多提高2.1%,,但NO_x平均升高17.3%,;在120°,CA BTDC和135°,CA BTDC下氢气扩散使得混合气均匀程度提高,HC和CO排放均处于最低水平,分别最多降低38.5%,和44.4%,.     

火花点火对缸内直喷汽油机HCCI燃烧的影响

实现汽油机均质混合气压燃(HCCI)的难点是着火控制。在缸内直喷汽油机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点火对HCCI燃烧特性的影响。结果表明,HCCI燃烧方式较火花点火(SI)火焰传播燃烧方式放热速率快,热效率高,NOx大幅度降低。在HCCI临界状态时,火花点火有助于提高燃烧稳定性,抑制失火和爆燃,降低循环波动;当火花点火时缸内温度远超过临界着火温度时,火花点火对HCCI燃烧影响不大。火花点火在SI／HCCI燃烧模式切换工况时,能提高瞬态过渡平顺性。     

汽油特性参数间的关系分析

汽油的特性参数对汽油机的燃烧和排放具有重要影响。通过对市售汽油特性参数间关系的统计分析，得到了汽油密度同汽油的平均氢碳原子数之比和汽油空气混合气的理论空燃比之间的线性关系式。这些统计关系式可用于由测量的汽油密度值推测汽油平均氢碳原子数之比和汽油空气混合气的理论空燃比等，还可用于改善汽油机热计算精度和汽油机空燃比的测量、控制精度。     

缸内直喷式汽油机燃用当量空燃比混合气的试验研究

缸内直接喷射式汽油机，要求部分负荷时在压缩过程后期喷入燃油，实现混合气分层燃烧，以获得好的经济性；在全负荷时，燃油在进气过程中喷入，采用化学计量比混合气，实现均质预混合燃烧，以保持汽油机升功率高和排放低的优点。本文将一台柴油机改装为缸内直接喷射汽油机，在试验台架上进行了高负荷时燃用当量空燃比混合气的试验研究，结果表明，与化油器式汽油机相比，高负荷时油耗降低了6％，未燃碳氢降低了31％，NOx排放降低了10％，取得了较为满意的结果。     

火花点火式天然气发动机燃烧系统的研究

本介绍了天然气发动机预燃室燃烧系统的研制过程，新设计的燃烧系统工作可靠、性能优良。试验结果表明：预燃室内混合气着火稳定、火焰传播迅速；主燃室燃烧速度高、持续期短、无后燃现象，整机性能比原机有较大的提高。     

点燃式甲醇燃料发动机的燃烧特性

本文研究了点燃式甲醇燃料发动机的燃烧特性。研究发现，在可用混合气浓度范围内，甲醇发动机的热效率比对应的汽油机高７－１３％。其主要原因是甲醇发动机的滞燃期和主燃期短，燃烧速率高，最高燃烧压力循环变动小、尤其在稀混合气下上述特征更为突出。因此，充分利甲醇发动机的稀燃特性，能获得良好的性能。     

汽油机燃烧过程的能量可用性和不要逆性变化率分析

以热力学第一定律数值模拟和Ｗｉｅｂｅ单燃烧函数为基础，应用热力学第二定律分析一台汽油机燃烧过程的热机械能量可用性、化学能量可用性和不可逆性变化率。计算了在不同当量燃空比和残余废气系数时热机械能量可用性、化学能量可用性和不可逆性变化率的变化情况，说明了在汽油机浓混合气运行时，燃烧过程能量可用性、化学能量可用性和不可逆性变化率的变化情况，说明了在汽油机浓混合气运行时，燃烧过程能量可用性的计算应该包括化     

天然气/氢气燃烧特性研究

在定容燃烧弹中研究了不同氢气掺混比例、燃空当量比和初始压力下的大然气／氢气混合气的燃烧特性,建立了适合用于容弹计算的准维双区模型。研究结果表明：在各种当量比和初始压力下,随着掺氢比例的增加,混合气的质量燃烧速率明显增加,燃烧持续期和火焰发展期娃著缩短。随着掺氢比例的增加,短的燃烧持续期所对应的当量比范围变宽,稀混合气和浓混合气条件下天然气掺氢对火焰发展期缩短的效果更明显。化学计量比附近（1．0—1．1）掺氢燃烧对燃烧最大压力值影响不大,浓混合气（燃空当量比大于1．1）和稀混合气燃烧时,随着掺氢比例的增加,最大燃烧压力值增加。     

二乙醚-空气预混合气层流燃烧速率测定

在定容燃烧弹内利用高速纹影摄像法系统地研究了不同初始压力、不同初始温度和不同燃空当量比下二乙醚-空气预混合气的层流燃烧特性。利用球形发展火焰分析得到了不同初始压力、不同初始温度和不同燃空当量比下二乙醚-空气预混合气的无拉伸层流火焰燃烧速率、马克斯坦长度等层流燃烧参数。研究结果表明:无拉伸层流火焰燃烧速率随初始温度的增加而增加,随初始压力的增加而降低;马克斯坦长度随着初始温度的增加而减小,随初始压力的增加而减小,随当量比的增加而减小,表明火焰前锋面不稳定性随初始温度和初始压力的增加而增加,随混合气浓度的增加而增加。基于试验数据获得了二乙醚-空气预混合气无拉伸层流燃烧速率的关系式。     

利用定容燃烧弹研究天然气掺氢混合燃料直喷燃烧循环变动

利用定容燃烧弹开展了天然气掺混0%～40%氢气混合燃料直喷燃烧循环变动研究,高压气体燃料(8.0 MPa)喷入定容燃烧弹模拟直喷发动机燃烧条件.在整体当量比为0.6和0.8下,试验采集了火焰发展图片和燃烧过程容弹内压力,从火焰发展图片和燃烧特征参数两个方面分析了掺氢和混合气分层分布对天然气直喷燃烧循环变动的影响.结果表明:燃烧循环变动起始于火焰发展初期阶段.随着掺氢比增加,火焰形态更规则且更集中于点火电极.同时,由于直喷燃烧方式混合气分层分布,能够实现低循环变动的稳定稀燃.循环变动随着掺氢比的增加而减小,这种趋势在稀燃工况((b=0.6)下更加明显.在直喷燃烧方式下,由于混合气分层分布减弱了火焰发展初期阶段对后续燃烧过程的影响,因此燃烧特征参数间呈现相互独立的关系.     

火花点火式发动机混合气流动状态与点火性能的研究

1.前言为了改善火花点火式发动机的动力性和经济性,人们十分重视提高发动机的压缩比及燃用稀混合气。试验证明,使混合气作旋转运动、增加其紊流强度有利于燃烧室内的火焰传播;增加燃烧速度;抑制末端混合气的爆燃。但是增加混合气流速及燃用稀混合气会伴随着火的稳定性问题。     

EGR中二氧化碳对氢气层流燃烧特性的影响

为了更深入地理解废气中二氧化碳对掺氢燃料燃烧特性的影响,在定容燃烧弹中利用高速摄像系统研究了不同燃空当量比φ(0.6～1.4)和稀释比(0%～40%)下CO2稀释氢气-空气混合气的层流燃烧特性.结果表明:氢气-空气混合气的火焰传播速率随着燃空当量比的增大而增大;马克斯坦长度随着当量比的增大而增大,即火焰的稳定性增强;随稀释比的增大,无拉伸火焰传播速率S1明显减小;同时得到层流火焰燃烧速率,并分析了稀释比对火焰稳定性的影响.通过对试验结果数据拟合,获得了计算氢气-CO2-空气混合气的无拉伸层流燃烧速率的拟合多项式.