EGR率对柴油机低温燃烧滞燃期影响的试验研究

根据缸内压力求得缸内平均温度和放热规律,分析了进排气系统的O2体积分数、燃烧始点、喷油始点和终点的温度、压力对低温燃烧早喷射和晚喷射两种情况下滞燃期的影响,早喷射和晚喷射一样随着废气再循环(EGR)率的增大而延长了滞燃期。早喷射的滞燃期要短于晚喷射的滞燃期,因此为了能够让空气与燃油有更多的时间混合,早喷射比晚喷射需要更大的EGR率。但随着大量EGR的加入,过量空气系数不能反映混合气中O2体积分数,滞燃期与混合气温度、压力和O2体积分数有关,在影响低温燃烧滞燃期的因素当中,温度对滞燃期的影响最为明显。     

甲醇喷雾着火过程的化学动力学模拟

本文利用广安博之的喷雾分区模型与油滴蒸发速率模型相结合,给出燃烧室内燃油与空气的分布.依据实验数据,确定了含有18种组分、30步基元反应、适合于柴油机缸内条件的甲醇喷雾着火过程的化学动力学模型,能模拟燃烧室内甲醇喷雾自燃过程特征,用于对使用空气加热的纯甲醇压燃过程的滞燃期预测.结果表明,该模型能较成功地预测各种发动机工况下的着火滞燃期.     

高强化汽油机条件下乙醇汽油辛烷值的调合效应

采用增压、小型化等会加大汽油机爆震倾向,燃油调合应该满足更高抗爆性的要求．调合燃油中的芳香烃、醇类等组分可有效提高汽油辛烷值,不同组分之间的相互作用对于燃料抗爆性有重要影响．研究了TRF燃油基础组分(正庚烷、异辛烷和甲苯)及乙醇添加组分之间的调合辛烷值变化规律,基于燃烧动力学软件中的均质反应器,通过计算其滞燃期研究燃料辛烷值、灵敏度对温度、压力的敏感性,进一步探究燃料组分组成的差异对化学动力学驱动的自燃着火特性的影响．结果表明,甲苯与异辛烷或正庚烷掺混时,降低了混合物的反应活性．甲苯和乙醇分别与PRF燃油(正庚烷和异辛烷)混合辛烷值具有协同效应,但是甲苯与乙醇混合具有拮抗效应,异辛烷一定程度上降低了这种拮抗效应．     

在连续压胀单次喷射燃烧装置上的甲醇喷雾自燃特性研究

甲醇已被公认为最有希望的柴油机代用燃料.其中涉及到的主要问题之一是它的自燃能力极差.本文给出了在连续压胀单次喷射燃烧装置上试验得到的甲醇喷雾的滞燃期及燃烧过程特征.试验包括喷射提前角、进气压力及气缸盖加热温度这三个因素对滞燃期及燃烧过程的影响.结果表明:喷射正时过早或过迟均会导致甲醇喷雾不着火;甲醇的滞燃期与气缸内的压力无关;燃烧室壁温度至少应达到260℃时,甲醇才能自燃.进一步的工作过程数值模拟分析表明:在本试验装置各热表面状态下可获得适合于现有柴油机所许可的滞燃期和压力增长率,而这种状态可借助于柴油机燃烧室的绝热手段而实现.     

稀燃和EGR对汽油发动机性能影响研究

基于一台带有低压废气再循环系统的1.5 L涡轮增压直喷汽油发动机进行了稀燃和废气再循环(EGR)影响发动机燃烧性能的试验研究。结果表明,随着稀释率的上升,EGR和稀燃均导致发动机滞燃期、燃烧持续期延长,燃烧重心提前,有效燃油消耗率下降,排气温度下降,平均绝热指数上升。相同稀释率下,相比稀燃,EGR的滞燃期长,燃烧重心提前,两者燃烧持续期基本相等,稀释极限低,绝热指数小,排气温度低。在稀释率分别为20%、35.9%时,最大可减小有效燃油消耗率4.7%、7.2%。热容对燃油经济性的影响占主导地位,相同稀释率下,循环变动系数小于3%时,相比稀燃,EGR具有更好的燃油经济性。     

可控活化热氛围中不同混合比生物柴油的燃烧特性

介绍了在可控活化热氛围中采用高速摄影对生物柴油和柴油混合燃料燃烧特性的研究.结果表明,随着生物柴油体积分数的增加,滞燃期呈现先减小后增大的趋势,但所有混合燃料的滞燃期都低于普通柴油.随着协流温度的增加,纯生物柴油的滞燃期逐步下降.而生物柴油燃料体积分数的增加,则会逐步降低燃烧持续期,略微增加燃料氧质量分数就可以明显降低燃烧持续期.同时,燃料喷射自燃的位置分布更加广泛.     

柴油机着火过程的研究与发展

代表着火过程长短的滞燃期对柴油机燃烧性能有重大影响。因着火过程本身比较复杂,所以长期以来受到内燃机研究人员的重视,他们从物理和化学两方面对着火延迟时期做了大量的计算和试验工作。本文在对前人工作分析的基础上提出了研究着火过程和计算滞燃期的新方法。1着火过程和滞燃期研究的发展自Tizard等人测出着火滞后以前,最早的观点认为柴油机中燃油着火前不需要蒸发,即     

超多喷孔喷油嘴早喷射低温燃烧试验研究

进行了早喷射喷油定时、废气再循环(EGR)率和喷油压力实现低温燃烧降低排放的试验研究。通过缸内压力和燃烧排放数据的采集、处理,分析这些参数对放热规律、滞燃期、燃烧重心、排放等特性的影响。早喷射可以实现低温燃烧,但与晚喷射相比,早喷射的滞燃期稍短,需要更大的EGR率来适当延长滞燃期并降低燃烧温度,最优排放点与原机相比烟度下降了63%,NOx降低了81%,但油耗比原机升高了6%。除了压缩比降低的原因,燃烧始点在上止点前造成的传热损失增大,增大喷油压力和提前喷油会导致燃油喷射到活塞顶面和气缸壁面,以及增大EGR率导致的增压压力和混合气氧气含量下降引起的燃烧效率下降等都可能是油耗升高的原因。早喷射与晚喷射相比,燃烧更稳定,放热率峰值较高,但是早喷射的最大压力升高比较大,甚至会超过2 MPa/(°)。     

柴油喷雾着火过程的化学动力学模拟

在直喷式柴油机准维燃烧模型的基础上,建立了能描述柴油机着火前燃油的氧化历程及着火滞燃期的多步着火化学动力学子模型,它不仅可以很好地模拟实际柴油机的燃油氧化过程,而且可以较好地反映着火滞燃期随各种因素的变化关系,比以往的描述着火滞燃期的经验模型更具有合理性和先进性。整个燃烧模型的计算结果及其与试验结果的对比还表明,本模型能够合理地预测柴油机的燃烧过程。     

滞燃期对柴油机性能影响的试验研究

利用试验手段研究了滞燃期对直喷式柴油机工作过程及性能的影响.分析结果表明：滞燃期的长短决定了速燃期内的放热速度和加速度的大小,从而决定了缸内压力的变化;适当调整滞燃期可以提高柴油机的动力性、经济性,降低排放.     

利用激波管对2-甲基四氢呋喃自燃特性的研究

利用激波管测量了2-甲基四氢呋喃(MTHF)在压力为0.12~1.00,MPa、温度为1,050~1,800,K、当量比为0.5~2.0及燃料摩尔分数为0.25%,~1.00%,下的滞燃期,结果表明:MTHF滞燃期随温度、压力和燃料摩尔分数的增大而减小,随当量比的增大而增加,并利用试验结果拟合出滞燃期随相关参数变化的阿累尼乌斯关系式;然后用两个机理(Kai机理和Luc机理)对滞燃期进行了模拟,其中Luc机理对滞燃期的预测明显偏低,而Kai机理与试验数据吻合较好,只是在低温浓混合气时预测值偏低,将其底层机理用NUI机理替换后高、低温情况下模拟值与试验值都能较好地吻合.敏感性分析显示,高温时对滞燃期影响最大的反应为H+O_2=O+OH,当温度降低时,该反应影响减少,而燃料裂解与脱氢反应对滞燃期的影响增大.路径分析显示,高温下MTHF的消耗以裂解反应为主,温度降低时,裂解反应对燃料消耗量的贡献率降低,而脱氢反应成为消耗燃料最主要的路径.     

F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放的影响

在两种不同供油提前角下研究了燃用F-T柴油对直喷式柴油机燃烧和排放特性的影响,结果表明:发动机不做任何调整时,与0号柴油相比,燃用F-T柴油的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力和最大压力升高率较低,燃油消耗率和热效率都得到了改善,HC、CO、NOx和碳烟排放同时降低。当供油提前角推迟3℃A时,燃用F-T柴油燃烧持续期明显缩短,预混燃烧放热峰值、最高燃烧压力和最大压力升高率进一步降低,扩散燃烧放热峰值略有升高,燃油消耗率变化不大,NOx排放进一步降低, HC、CO和碳烟略有增加,其中HC排放与原柴油机相当,而CO和碳烟仍远低于原柴油机。     

二级可调增压共轨柴油机的高海拔燃烧特性

通过高海拔模拟试验研究了VGT二级可调增压柴油机不同海拔的燃烧特性.结果表明,随着海拔的升高,二级可调增压柴油机的滞燃期延长,速燃期放热率增大,但缓燃期放热率和累计放热量均减小,放热率重心向上止点偏移,缸内平均指示压力下降.与单级涡轮增压柴油机相比,二级可调增压柴油机在高海拔的燃烧状态明显改善;海拔5,500,m时,二级可调增压柴油机平均指示压力提高9.1%,,速燃期放热率峰值降低12.9%,,缓燃期放热率峰值增加2.3%,,累计放热量增大11.1%,,滞燃期缩短11.3%,;标定功率提高11.8%,,燃油消耗率降低4.8%,.     

可控活化热氛围下柴油喷雾自燃特性的研究

利用可控活化热氛围燃烧试验系统,结合连续喷射系统对柴油燃料在高温热氛围下的自燃特性进行了研究,并利用高速摄影技术,得出柴油燃料喷雾在不同协流温度下的滞燃期、自燃点位置以及稳定火焰起升高度。结果表明,随协流温度的升高,柴油喷雾滞燃期减小,自燃点位置至喷嘴口距离减小。协流温度低于1022K时,不能形成稳定的起升火焰;协流温度处于1022～1074K范围内,火焰起升高度随温度升高急剧降低,而起升高度的均方差也较大。温度继续增加时,起升高度变化趋缓,火焰稳定。     

重型柴油机部分预混压燃模式的燃烧与排放特性

在一台6缸涡轮增压重型柴油机上,基于单次喷射方式,通过调节喷油正时,结合EGR技术,实现了柴油机的部分预混压燃,分析了其燃烧放热特性随喷油正时、EGR、喷射压力和负荷的变化,研究了影响控制混合期与滞燃期的因素及其影响规律.结果表明:部分预混压燃(PPCI)燃烧模式兼具预混燃烧和低温燃烧的特征,是碳烟和NOx同时降低的重要因素,但低温燃烧和稀薄的混合气易于导致燃烧不完全,喷油推迟较晚时引起HC和CO排放显著增加,并引起燃油消耗率增大.这种PPCI模式下,提高喷射压力对NOx和碳烟排放的影响作用不明显,单纯增大喷油压力并不能改善PPCI模式的燃油经济性.当负荷提高至50%以上时,对于早喷预混模式已呈现扩散燃烧阶段,导致NOx和碳烟排放均增大.     

燃油性质与喷油参数对陶瓷隔热复合机燃烧过程的影响

摘要在定容燃烧装置与B1135型单缸机上,对陶瓷隔热复合机的燃烧过程进行了试验研究.结果表明,由于陶瓷隅热复合机的压缩终点温度和压力很高,使滞燃期过短,空气粘度高,着火点在喷油嘴孔口附近,初期火焰横贯喷注,使空气与燃油混合条件差,因而仍沿用常规发动机燃烧系统参数时,燃烧过程恶化、燃油消耗率上升.采用减小喷油嘴孔径、增多喷孔数以改善空气与燃油的混合条件,以及采用低16烷值、低粘度燃油以获得滞燃期加长、着火点远离孔端等措施.对改善陶瓷隔热复合机燃烧过程具有良好的效果.     

EGR率对乙醇/生物柴油混合燃料燃烧及排放特性的影响

在一台经过深度改装的四缸直喷水冷柴油机上,燃用乙醇与生物柴油的混合燃料,研究了EGR率与燃料特性对柴油机燃烧及排放的影响.结果表明:EGR系统的介入以及乙醇的掺混均可减小燃烧过程中缸内压力和放热率峰值.燃用同种掺混比的燃料,随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期出现了不同程度的延长,当量燃油消耗率升高,有效热效率降低.EGR率不变时,燃用不同掺混比的混合燃料,随乙醇质量分数的增加,滞燃期与燃烧持续期逐渐延长,当量燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高.NO_x的排放量在EGR引入后出现了显著下降,HC排放量升高.相同EGR率下,随着乙醇掺混比的提高NO_x排放量略微下降,HC排放量表现出先减小后升高的趋势.相比纯生物柴油,乙醇的掺混可以显著减少大粒径颗粒物的数量.EGR率的变化对核模态粒子的数量影响不明显,但聚集态粒子的数量会随着EGR率的提高出现较为明显的增多.将乙醇、生物柴油和EGR系统三者相耦合可改善柴油机的燃烧及排放特性.     

进气氧浓度和喷油正时对柴油机低温燃烧特性影响的试验研究

在一台四缸增压直喷式柴油机上进行不同进气氧浓度和喷油正时对柴油燃料低温燃烧特性影响的试验研究。研究结果表明:降低进气氧浓度,缸内压力和放热率峰值迅速下降,放热率始点推迟,滞燃期延长,有效燃油消耗率增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低,CO排放增加。当进气氧浓度较高时,碳烟排放变化较小,而随着进气氧浓度的进一步下降,碳烟排放急速增加。在相同的进气氧浓度下,随着喷油正时的提前,滞燃期先减小后增大,CA50逐渐向上止点靠近,最大压力升高率增大,燃油消耗率下降,NO_x和碳烟排放增大,CO排放减小。     

活化热氛围中CO2体积分数对喷射起升火焰自燃及碳烟排放特性的影响

研究了可控活化热氛围协流中CO2体积分数对中央喷射液体燃料起升火焰的自燃及碳烟排放特性的影响.结果表明,协流中加入少量的CO2时,协流温度基本保持不变,但起升火焰的自燃受到抑制;随着CO2含量的增加,滞燃期延长而喷射火焰起升高度增加;存在一个温度值拐点,在拐点两侧,滞燃期对协流温度的敏感性截然不同;随着协流中CO2含量的增加,拐点温度值升高.碳烟排放结果表明,随着协流温度下降和协流中CO2体积分数的增加,碳烟排放呈下降趋势.碳烟排放的增加与喷射火焰的起升高度有密切的关系,随着起升高度降低,碳烟排放的增长趋势加强.     

柴油机燃用柴油/二甲氧基甲烷混合燃料滞燃期研究

开展了柴油机燃用柴油/二甲氧基甲烷混合燃料滞燃期的研究,并基于发动机试验数据拟合了一个适合柴油/二甲氧基甲烷混合燃料滞燃期的预测关系式。研究结果表明,改进后的关系式比已有的滞燃期预测关系式更能准确地预测柴油/二甲氧基甲烷混合燃料着火滞燃期。研究发现混合燃料实际十六烷值随含氧量增加而降低,但降低幅度小于基于燃料质量比例推算出的数值,认为基于燃料质量比例对混合燃料十六烷值推算与实际存在较大差异。