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。     

DME／CNG双燃料均质压燃发动机性能试验研究

研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃发动机性能和排放特性.结果表明,采用高十六烷值燃料二甲基醚和高辛烷值燃料天然气,可以拓宽均质压燃的运行工况范围.均质压燃发动机在中等负荷工况,热效率比传统压燃式发动机高.小负荷工况,采用二甲醚和大比例EGR方案可以提高热效率.和传统压燃式或点燃式发动机不同,均质压燃发动机的着火始点对经济性影响不大.均质压燃发动机的NOx排放极低,比原机降低95%以上.随着二甲基醚浓度增加,NOx排放增加,HC和CO排放降低;接近爆震燃烧区域,NOx排放急剧升高,而接近稀燃极限区域,HC和CO排放急剧升高,发动机热效率降低.     

低辛烷值高挥发性燃料直喷压燃宽运行范围的燃烧模式

在一台单缸柴油机上采用低辛烷值高挥发性汽/柴油混合燃料,在不同转速和负荷条件下对比了部分预混压燃(PPCI)和多段预混压燃(MPCI)等多种压燃模式的燃烧和排放特性,并在宽运行范围与原机柴油试验结果进行对比,以确定宽运行范围的最优燃烧控制策略.结果表明:试验用低辛烷值燃料能够在宽运行范围实现压燃模式的稳定运行;为使燃烧排放结果最优,低负荷区间应采用单次喷射PPCI模式,中、低转速(中、高负荷)采用MPCI模式,高转速(中、高负荷)采用多次喷射PPCI模式;宽运行范围内低辛烷值燃料可以实现NOx排放低于0.4,g/(k W·h)、碳烟排放低于0.5,FSN及最高压力升高率低于1,MPa/(°)CA;与原机柴油燃烧结果相比,低辛烷值燃料可以同时降低NOx和碳烟排放以及燃油消耗率,但CO和HC排放增加,循环波动系数也略有增加.     

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.     

废气再循环与燃料辛烷值对均质压燃燃烧特性影响的试验研究

在一台单缸直喷式柴油机上研究了废气再循环（EGR）对不同辛烷值燃料均质压燃（HCCI）燃烧特性及排放特性的影响.结果表明,EGR使HCCI着火燃烧推迟、燃烧反应速度降低、缸内压力和平均温度降低,HCCI工况范围向大负荷工况扩展;混合气浓度增大或燃料辛烷值增大,EGR对燃烧效率的影响增大,EGR率升高,燃烧效率降低;不同辛烷值燃料最高燃烧效率出现在高比例EGR率、混合气较浓、靠近爆震燃烧边界的区域.试验结果也表明,辛烷值为60的燃料采用EGR后HCCI覆盖的工况范围最宽.     

煤基混合燃料对柴油机燃烧与排放特性影响的研究

在一台高压共轨增压中冷柴油机上研究了煤基混合燃料(33%煤炭提取配方,67%-35#柴油)的燃烧与排放特性。结果表明:相比于燃用-35#柴油,燃用煤基混合燃料时柴油机的燃烧滞燃期基本不变,放热率峰值增大,低转速全负荷时最大缸内燃烧压力降低,而在高转速时变化不大;燃用煤基混合燃料时PM_(2.5)排放物质量浓度降低,全负荷工况下PM_(2.5)排放物质量浓度平均降低约15.2%,部分负荷工况下,低负荷时的改善效果最为明显,平均降低约56.3%;燃用煤基混合燃料时NO_x排放物体积分数略有增大。     

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。     

柴油机燃用菜籽油-柴油混合燃料的试验研究北大核心CSCD

文章在一台双缸直喷柴油机上开展了燃用菜籽油-柴油混合燃料时的发动机性能、燃烧和排放特性研究,并与燃用柴油时相比较。研究结果表明:当菜籽油的掺混比(体积分数)不大于20%时,混合燃料的运动粘度和密度接近于柴油;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间与柴油几乎相同,但缸内压力峰值和放热率相对较高;在高负荷工况下,燃用混合燃料时的燃烧开始时间略早于柴油,特别是VD50;在低负荷工况下,燃用VD50时的燃油消耗率最高,有效热效率最低;随着发动机负荷的逐渐增加,燃用混合燃料与柴油时的燃油油耗率差异逐渐减小,有效热效率也不断提高;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的碳烟排放量较高,高负荷时则与之相反;在低负荷工况下,燃用混合燃料时的NOx排放量略低于柴油,高负荷时则几乎相同;在整个负荷范围内,燃用混合燃料时的CO和HC排放量均较高。     

缸内直喷汽油机HCCI燃烧对压缩比和辛烷值的适应性研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用多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。研究了不同压缩比和辛烷值对均质混合气压燃（HCCI）燃烧排放特性的影响。结果表明,汽油HCCI燃烧呈现单阶段燃烧燃料特性,HCCI着火发生在上止点附近时油耗低。低压缩比下,HCCI燃烧可以在较浓空燃比下工作,NOx排放较高。高辛烷值燃料HCCI燃烧可运行的负荷范围窄。汽油HCCI发动机在偏高压缩比条件下燃用偏低辛烷值汽油可以获得较好的经济性和排放性能。     

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.     

废气再循环与燃料辛烷值对均质压燃发动机性能和排放影响的试验研究

在一台单缸直喷式柴油机上研究了废气再循环（EGR）对不同辛烷值燃料均质压燃（HCCI）发动机性能和排放特性的影响。结果表明，混合气较稀，EGR对指示热效率影响较小，其影响和燃料辛烷值有关；混合气变浓，EGR对指示热效率的影响增大。不同辛烷值燃料最高指示热效率出现在高EGR率、混合气较浓的区域，并且靠近爆震燃烧边界，辛烷值为60的燃料最高指示热效率最高，并且覆盖的工况区域最宽。高EGR率区域，EGR对HC排放的影响十分明显，EGR率升高，HC排放急剧增大，而且随着燃料辛烷值增大，这种趋势越明显；CO排放与缸内燃烧温度有较大的相关性，EGR率升高，CO排放升高。NOx排放出现急剧升高的“拐点”是判断HCCI爆震燃烧的一个重要判据，EGR率增大，“拐点”出现的混合气浓度增大，在正常工作范围内，NOx排放极低，EGR对NOx排放几乎没有影响。     

活性添加剂对高辛烷值燃料HCCI着火时刻与燃烧速率的影响

为研讨活性添加剂过氧化二叔丁基(DTBP)对高辛烷值燃料以HCCI燃烧模式运行时的放热率特征、着火时刻、燃烧持续期和排放特性的影响,在一台单缸发动机上,在辛烷值为90(RON90)(90％的异辛烷和10％的正庚烷)的混合燃料中加入不同比例(0～4％)的DTBP,考察5种燃料在1800r／min下不同负荷时的燃烧特性和排放特性．实验结果表明：RON90中没有添加剂时,只能在高温、高负荷下才能以HCCI燃烧模式运行;在其中加入少量的DTBP后,RON90实现HCCI燃烧的工况范围向低温低负荷下大幅度拓展．各种燃料的HCCI燃烧冷焰反应发生在850K左右,到950K结束,进入负温度系数区(NTC),在1125K左右突破NTC区而发生热着火．随DTBP含量增加,系统温度达到冷焰反应和热焰反应的化学时间尺度缩短,因此着火时刻提前,燃烧持续期缩短,特别是提高了低负荷下的燃烧速率．添加剂使各种当量比下未燃碳氢(UHC)和一氧化碳(CO)排放显著改善,NOx排放也保持在很低的水平．     

Inhibition effect of doping methyl tert-butyl ether compounds to n-heptane on homogenous charge compression ignition combustion

This article reports an experimental study on the combustion characteristics and emissions of homogenous charge compression ignition (HCCI) combustion using n-heptane doped with methyl tert-butyl ether (MTBE). The experiments were conducted on a single cylinder HCCI engine using neat n-heptane and 10%, 20%, 30%, 40% and 50% (by volume) MTBE/n-heptane blends at constant engine speed. The experimental results reveal that the ignition timing of the low temperature reaction (LTR) gets retarded, the peak values of heat release during the LTR decrease and the negative temperature coefficient (NTC) duration gets prolonged with the increase of MTBE in the blends. Consequently, the ignition timing of the high temperature reaction (HTR) gets delayed and both the attainable maximum indicated mean effective pressure (IMEP) and the lowest stable IMEP increase. Parametric studies on CO and HC emissions reveal that the maximum combustion temperature, pressure rise rate, IMEP, ignition timing of the HTR, combustion duration and fuel components have important impacts on HC emission, while the main parameters that show an important influence on CO emissions are the maximum combustion temperature, pressure rise rate, IMEP and combustion duration. Moreover, in order to suppress the CO and HC emissions to a low level, the maximum combustion temperature should be higher than 1500 K, the maximum pressure rise rate larger than 0.5 MPa/°CA, the IMEP above 0.3 MPa and the combustion duration shorter than 9 °CA.     

Experimental study of the performances of a modified diesel engine operating in homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion mode versus the original diesel combustion mode

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion mode provides very low NO_x and soot emissions; however, it has some challenges associated with hydrocarbon (HC) emissions, fuel consumption, difficult control of start of ignition and bad behaviour to high loads. Cooled exhaust gas recirculation (EGR) is a common way to control in-cylinder NO_x production in diesel and HCCI combustion mode. However EGR has different effects on combustion and emissions, which are difficult to distinguish. This work is intended to characterize an engine that has been modified from the base diesel engine (FL1 906 DEUTZ-DITER) to work in HCCI combustion mode. It shows the experimental results for the modified diesel engine in HCCI combustion mode fueled with commercial diesel fuel compared to the diesel engine mode. An experimental installation, in conjunction with systematic tests to determine the optimum crank angle of fuel injection, has been used to measure the evolution of the cylinder pressure and to get an estimate of the heat release rate from a single-zone numerical model. From these the angle of start of combustion has been obtained. The performances and emissions of HC, CO and the huge reduction of NO_x and smoke emissions of the engine are presented. These results have allowed a deeper analysis of the effects of external EGR on the HCCI operation mode, on some engine design parameters and also on NO_x emission reduction.     

乙醇-正庚烷燃料均质压缩过程着火与燃烧特性的研究

详细研究了乙醇正庚烷混合燃料实现均质充量压缩过程的自燃着火特性和燃烧特性。在单缸HCCI发动机上，开展了正庚烷、10％～50％乙醇正庚烷燃料在1800r／min下不同负荷时的试验研究。研究表明，在正庚烷中加入30％～40％比例的乙醇，HCCI运行的平均指示压力可以从0．34MPa拓展到0．52MPa，大负荷下的指示热效率达到50％，但低负荷热效率显著降低。由于乙醇较高的辛烷值，随燃料中乙醇比例的增加，低温反应明显推迟，发生低温反应的起始温度相应升高，峰值放热率降低，并且当乙醇比例达到50％以后，观察不到明显的低温反应。由此导致高温着火时刻推迟，燃烧持续时间延长。正庚烷、10％～30％乙醇正庚烷的HC较低，但是乙醇比例达到40％后，HC显著升高。CO排放在平均指示压力0．15～0．25MPa最高，负荷增加后得到改善。在供给相同的循环热量条件下，随乙醇比例增加，最大燃烧压力以及对应时刻、着火时刻都呈现明显的变动。     

HCCI甲醇发动机的燃烧与排放特性

在Ricardo Hydra单缸四冲程发动机上利用内部废气再循环策略实现了甲醇燃料的HCCI燃烧.通过调整HCCI发动机的过量空气系数和转速,研究了HCCI甲醇发动机的燃烧和排放特性.结果表明,甲醇燃料的HCCI燃烧不同于普通汽油,其着火更早、燃烧更快,但在低转速时,平均指示压力相对较低.甲醇燃料可以在更稀的混合气条件下实现HCCI燃烧.在相同的转速和过量空气系数下,甲醇燃料的NOx和HC排放低于汽油.     

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)--对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法，以碳酸二甲脂(DMC)为例，研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性，以及主要工况下的示功图，并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现：在柴油中加入一定比例的DMC后，由于物性参数的变化和喷雾特性的改善，混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放——热效率得到明显的提高，尤其在低转速下改善显著；烟度和氮氧化物排放同时降低，外特性线上的一氧化碳降低，碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现：DMC柴油混合燃料的着火延迟延长，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短。