柴油机燃用二甲醚排放特性的研究

利用定容燃烧室和共轨式燃料喷射系统，对二甲醚(DME)燃料喷雾特性进行了试验研究．在单缸柴油机上，采用不同的喷孔直径、孔数、喷射率及涡流比时，对DME发动机排放性能进行了对比试验．结果表明，较少的喷孔数和较大的喷孔直径可以提高燃料喷雾的贯穿距离，抑制燃料的早期蒸发，有利于减少大负荷工况下CO、THC和NOx排放。     

超声波喷射阀的甲醇燃料喷雾特性

促进甲醇在进入气缸前蒸发汽化是改善甲醇汽车冷起动性的重要基础研究，本使用英制超高速摄影机观察了甲醇燃料的喷射过程。可以看到使用超声波喷射阀在不同掺合率下喷雾锥角变大，贯穿距离变短，特别是超声波喷射阀在减压沸腾发生时使喷更细化，提高了喷雾质量，台架试验表明采用超声波喷射阀冷起动性能获得很大改善。     

通过优化发动机燃料喷射系统 改进发动机燃烧噪声和排放的最新技术

近年,农用、工业用及车用小型柴油机对降低噪声提出了更高要求。由于考虑到环境问题,排放要求变得更加严格。 为了满足这些目标,需要改进柴油机燃烧。特别是,燃料喷射系统是控制发动机燃烧的关键部件,希望其应有戏剧性的改进。 本研究要追求理想的燃料喷射系统,以实现柴油机的最佳燃烧,从而取得低的燃烧噪声和清洁的排放。本文将介绍燃料喷射技术包括喷射压力型式、喷射率型式、喷射定时和喷雾型式等方面的最新进展。     

煤直接液化燃油在1E150C型柴油机上的试验研究

在１Ｅ１５０Ｃ型柴油机上,采用混合法和双喷射法进行了燃用煤液化燃料的试验研究。将煤制柴油与普通柴油按容积比的混合燃料,采用油膜雾化燃烧方式,燃料代用率可达５０％;采用双喷射系统,预喷射１０％的轻柴油起引燃作用,代用率可达９０％。试验表明,采用此方法,可获得较高的煤液化燃料的代用率,发动机工作性能良好。     

燃料油膜蒸发特性与混合气形成边界条件的研究

采用热重分析法对几种典型燃料油膜的蒸发特性进行研究,结果表明：燃料物性和油膜厚度对其蒸发特性影响很大;壁面油膜厚度与壁面温度是控制油膜蒸发形成均质混合气的关键;以油膜蒸发方式制备柴油均质混合气时,对应（200～600）μm的油膜厚度,如蒸发率要达到30%～50%,壁面温度应为（150～180）℃,而汽油只需（40～60）℃;若蒸发率达到95%,则柴油所需壁面温度为（200～250）℃,汽油所需为（50～100）℃;从燃料改性设计制备均质混合气的角度出发,需提高柴油100℃以下的蒸发特性.     

不同喷射时刻下缸内直喷天然气发动机的燃烧特性

开展了天然气高压缸内直喷发动机不同喷射时刻时的燃烧特性研究。研究结果表明：燃料喷射时刻对发动机性能及排放有较大影响,喷射太迟会导致天然气和空气混合时间短,混合效果差,燃烧持续期长,放热速率慢。喷射过早会导致充量系数下降,燃料容易进入燃烧室狭缝间隙处,造成较高的HC排放。对于给定转速,发动机存在一个最佳燃料喷射提前角,此时缸内最高压力值最大,最大压力升高率和最大放热率最大,放热速率快,燃烧过程等容度好,火焰发展期、快速燃烧期和燃烧持续期短,发动机热效率高,HC、CO排放也维持较低水平。     

两次喷射对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究。研究结果表明:正丁醇燃料实现部分预混燃烧相对汽油燃料对喷射时刻较敏感,最大压力升高率高,稳定运行范围窄,但未燃碳氢、氮氧化物和碳烟排放较低;预主喷两次喷射能有效降低正丁醇部分预混燃烧最大压力升高率,随着预主喷间隔的增大,最大压力升高率先快速降低后上升,预喷射比例越大,获得最低压力升高率对应的预主喷间隔越大;通过优化预主喷两次喷射策略,能显著改善正丁醇部分预混燃烧可控性差、最大压力升高率高的问题,从而有利于实现更大工况范围内的高效燃烧。     

压气机进气用雾化式蒸发冷却器实验研究

从实验角度对压气机进气用蒸发式冷却器进行了。探讨了含有水滴的空气的湿度测量方法。针对不同的常温蒸发加湿方案,研究了不同喷水量对蒸发冷却效果产生的影响。对于不同形式的雾化喷嘴在不同的喷射方向下对蒸发冷却效果所产生的影响进行了实验分析。     

船用柴油机NOx等有害排放气体的评价及处理研究--燃料喷射系统对乳化燃料在船用柴油机上使用的影响及脱硝装置的适用性

对原试验用柴油机的燃料喷射系统进行了改造。改造后的燃料喷射系统不仅可降低 NOx 的排放 ,而且使高加水率乳化燃料的使用成为可能。但另一方面 ,在低负荷时 ,使用乳化燃料不但不能获得预期的降低 NOx 排放效果 ,反而使其它有害排放增加。所以 ,也对降低 NOx 排放方法之一的脱硝装置进行了探讨 ,对其在船用柴油机上的适用性进行了试验 ,并获得了较好的效果     

船用柴油机NOx等有害排放气体的评价及处理研究：燃料喷射系统对乳化资料在

对原试验用柴油机的燃料喷射系统进行了改造,改造后的燃料喷射系统不仅可降低NOx的排放,而且使高水加率乳化燃料的使用成为可能,但另一方面,在低负荷时,使用乳化燃料不但不能获得预期的降低NOx排放效果,反而使其它有害排放增加。所以,也对降低NOx排放方法之一的脱硝装置进行了探讨,对其在船用柴油机上的适用性进行了试验,并获得了较好的效果。     

负阀重叠早喷模式HCCI燃烧数学模型与计算分析

针对早喷模式中的排气上止点燃油喷射(ETCI)模式,综合广安博之模型、Bai模型的优点加以改进,并将空间均质燃烧与油膜蒸发燃烧相耦合,建立了一种新型的基于喷雾、燃油附壁、油膜蒸发、燃烧等一系列过程适用于缸内早喷模式的数学模型。利用该模型对135单缸柴油机ETCI燃烧模式进行校核计算,并通过试验验证进一步对燃烧过程中的工况参数及调节参数进行了研究。研究结果表明:在ETCI模式下,存在部分油膜附壁,油膜的蒸发主要与缸内的气体温度与壁温有关,且存在明显的两阶段加热过程。累积放热率与排气门关闭时刻和壁温基本呈线性关系,排气门关闭时刻提前10°CA,累积放热率上升约6%;壁温升高50K,累积放热率上升4%。增压压力升高,累积放热率降低,增压压力越大,累积放热率降低的幅度越小。     

二冲程低压双燃料发动机配气正时对燃气-空气混合效果的影响

为了探究燃气喷射参数对船用低压双燃料主机燃气-空气混合效果的影响,改变主机燃气配气正时,通过数值计算的方法对比不同燃气喷射时刻下的缸内混合气发展趋势,同时结合台架试验数据进行分析.分析结果表明:燃气喷射正时推迟,活塞头附近燃气含量增大,气缸盖和排气阀附近燃气含量降低,燃气上部会形成一层"气垫",阻止燃气与高温零部件接触而发生早燃;同时,随着喷射正时推迟,甲烷在压缩冲程的物理扩散逃逸问题得到缓解,但活塞头附近燃气集聚,导致活塞头热负荷增加.     

天然气发动机在不同喷射和点火时刻下的性能优化研究

为解决改装的天然气发动机动力性比原柴油机低,燃料消耗率比原柴油机高的问题,对影响燃烧时刻的喷射提前角与点火提前角这两个重要参数进行模拟实验,研究其对发动机的缸内压力与功率、燃气消耗率的影响,并根据研究结果进行优化设计。结果表明,对于缸内直喷天然气发动机,适当增大喷气提前角和选择恰当的点火提前角能在较经济的情况下提高发动机的动力性;发动机转速增加,点火提前角和喷射提前角也应提前,保证燃料的充分混合和最大化做功能力;在所有转速下,天然气发动机的功率都能恢复到原柴油机的水平。     

Effect of ignition timing and hydrogen fraction on combustion and emission characteristics of natural gas direct-injection engine

An experimental study on the combustion and emission characteristics of a direct-injection spark-ignited engine fueled with natural gas/hydrogen blends under various ignition timings was conducted. The results show that ignition timing has a significant influence on engine performance, combustion and emissions. The interval between the end of fuel injection and ignition timing is a very important parameter for direct-injection natural gas engines. The turbulent flow in the combustion chamber generated by the fuel jet remains high and relative strong mixture stratification is introduced when decreasing the angle interval between the end of fuel injection and ignition timing giving fast burning rates and high thermal efficiencies. The maximum cylinder gas pressure, maximum mean gas temperature, maximum rate of pressure rise and maximum heat release rate increase with the advancing of ignition timing. However, these parameters do not vary much with hydrogen addition under specific ignition timing indicating that a small hydrogen fraction addition of less than 20% in the present experiment has little influence on combustion parameters under specific ignition timing. The exhaust HC emission decreases while the exhaust CO₂ concentration increases with the advancing of ignition timing. In the lean combustion condition, the exhaust CO does not vary much with ignition timing. At the same ignition timing, the exhaust HC decreases with hydrogen addition while the exhaust CO and CO₂ do not vary much with hydrogen addition. The exhaust NO_x increases with the advancing of ignition timing and the behavior tends to be more obvious at large ignition advance angle. The brake mean effective pressure and the effective thermal efficiency of natural gas/hydrogen mixture combustion increase compared with those of natural gas combustion when the hydrogen fraction is over 10%.     

An integrated model for negative valve overlap early injection HCCI combustion

Using exhaust top dead center injection (ETCI) mode to realize homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion would cause fuel wall wetting and combustion efficiency reduction, and there is no effective one-dimension simulation model to calculate and analyze the fuel wall wetting and evaporation process. In the research, a new type of integrated model is developed for the new application, HCCI combustion simulation based on ETCI mode. The model includes the following sub-models: fuel injection model, impingement model, film evaporation model, and combustion model. The improved Hiroyasu model and the Bai's model are coupled with homogenous combustion model and film evaporation model to calculate impingement fuel evaporation. The developed model is validated by experiment in a single cylinder diesel engine with ETCI combustion mode. The simulation and experimental results show that, film evaporation is mainly related to cylinder gas temperature and wall temperature, and there is an evident two stage heating process. The cumulate heat release rate is linear with exhaust valve closing (EVC) timing and wall temperature. The burned fuel fraction increases by 6 percent as the EVC timing advances by every 10 °CA, and increases by 4 percent as the wall temperature increases by every 50 K. The cumulate heat release rate decreases with the increase of boosting pressure, and the higher the boosting pressure, the smaller the decrease degree of cumulate heat release rate is.     

Effect of fuel injection timing and injection pressure on performance in a hydrogen direct injection engine

The in-cylinder hydrogen fuel injection method (diesel engine) induces air during the intake stroke and injects hydrogen gas directly into the cylinder during the compression stroke. Fundamentally, because hydrogen gas does not exist in the intake pipe, backfire, which is the most significant challenge to increasing the torque of the hydrogen port fuel injection engine, does not occur. In this study, using the gasoline fuel injector of a gasoline direct-injection engine for passenger vehicles, hydrogen fuel was injected at high pressures of 5 MPa and 7 MPa into the cylinder, and the effects of the fuel injection timing, including the injection pressure on the output performance and efficiency of the engine, were investigated. Strategies for maximizing engine output performance were analyzed.The fuel injection timing was retarded from before top dead center (BTDC) 350 crank angle degrees (CAD) toward top dead center (TDC). The minimum increase in the best torque ignition timing improved, and the efficiency and excess air ratio increased, resulting in an increase in torque and decrease in NO_x emissions. However, the retardation of the fuel injection timing is limited by an increase in the in-cylinder pressure. By increasing the fuel injection pressure, the torque performance can be improved by further retarding the fuel injection timing or increasing the fuel injection period. The maximum torque of 142.7 Nm is achieved when burning under rich conditions at the stoichiometric air-fuel ratio.     

不同喷射方法柴油机进气甲醇预混过程的模拟

采用欧拉气相方程和拉格朗日液滴方程,考虑液滴破裂、蒸发、碰撞、聚合以及液滴的附壁、液膜剥离壁面和气门关闭挤出液膜等现象,建立了柴油机螺旋进气道-气门-气缸的进气喷射甲醇仿真模型.对柴油机进气喷射甲醇的醇气混合进行数值模拟,用于指导双燃料发动机的改造.双燃料发动机的台架试验表明,模型计算的缸内压力与试验值吻合较好.甲醇喷射时刻直接影响本次循环进入气缸的甲醇量,闭阀喷射有利于甲醇在进气过程的雾化混合.在选择甲醇喷射方向时,要以减小甲醇在低温壁面的附壁为原则.甲醇蒸气在气缸里的轴向质量分数分层比径向质量分数分层明显.     

直喷汽油对反应活性控制压燃负荷拓展影响的数值模拟研究

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数,展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃(RCCI)燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明:进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程,而汽油喷射时刻影响不明显;在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下,增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层,延长燃烧持续期,降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率,实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示:若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低,可将平均有效指示压力(IMEP)拓展至1.6MPa;将IMEP拓展到1.7MPa后,增加汽油的预混比例并不能提高IMEP,但对排放略有改善,相应的压力升高率和燃烧压力提高。     

可变喷油速率的超高压共轨系统喷射控制研究

通过AMESim软件建立了喷油速率可调的超高压共轨系统仿真模型,分析了相同喷油量条件下喷油率的变化特点。采用GT-Power软件建立单缸柴油机模型,将不同喷油率导入柴油机的燃烧计算模型,研究了不同喷油率对柴油机缸内压力、缸内温度、放热率、NO_x排放、碳烟排放及输出转矩和油耗率的影响。仿真结果表明:靴形喷油速率匹配合适的喷油提前角可优化柴油机的综合性能。搭建了超高压共轨柴油机台架,开展了不同喷油速率的喷射控制试验,结果表明:与相同油量条件下的高压共轨喷射相比,柴油机实施变喷油速率超高压喷射可获得更优异的动力性和燃油经济性,动力输出提高了5%,燃油消耗量下降了6%,碳烟排放降低,但NO_x排放升高。