进气温度对汽油直喷压燃发动机燃烧及排放性能影响的试验

通过一台改装的单缸直喷式柴油机,在不同进气温度条件下实现汽油直喷压燃(GCI)燃烧方式的燃烧特性、工况范围以及排放特性的试验.结果表明:在进气温度为323 K时,汽油GCI燃烧方式即可实现稳定运转,燃烧表现为单阶段放热,整体放热集中,燃烧持续期短;在保持过量空气系数一定、发动机正常运转条件下,随着进气温度提高,着火时刻提前,最高爆发压力和峰值放热率均升高,指示热效率提高,HC和CO排放降低,NO排放升高;同一进气温度下,随着过量空气系数的增大,缸内混合气变稀,平均指示压力减小,指示热效率减小,CO排放先升高后降低,HC排放显著增大,NO排放减小;进气温度对汽油GCI燃烧方式正常工况范围影响很大,随着进气温度升高,负荷上限和下限均明显下降,表明进气温度是向小负荷范围拓展的重要边界条件.     

冷起动首循环瞬态HC排放特性试验研究

从循环控制的角度,详细研究了LPG点燃式发动机冷起动首循环瞬态HC排放特性。试验在一台电控LPG进气道喷射单缸风冷四冲程、125mL发动机上进行。通过高速采集系统记录发动机首循环瞬态HC排放、瞬时缸压和转速,分析了瞬态HC排放与其他参数之间的关系。研究表明：随着过量空气系数的变化,首循环瞬态HC排放在一个较宽的混合气浓度变化范围内平缓变化,并稳定在较低的水平。首循环瞬态HC排放的最小值出现在缸内燃烧最好的燃空当量比附近。当首循环混合气浓度过浓或者是过稀时,瞬态HC排放迅速增加。首循环瞬态HC排放随点火角度的推迟,其变化规律为先增加再减少,随点火角度不断推迟,在膨胀行程中氧化的燃料不断增加,当点火角度推迟到一定限值,缸内燃烧不能进行,瞬态HC排放急剧增加。     

基于首次着火循环的低温冷起动特性(Ⅱ)

在一台125cm^3单缸风冷电控喷射LPG发动机上,进行了单循环冷起动实验研究．通过分析发动机最初几个循环的瞬时转速、缸压以及HC排放,得到了发动机首次着火循环冷起动时的燃烧及排放情况．在对首次着火循环分析的基础上,研究了过量空气系数、环境温度、点火提前角和蓄电池电压对LPG发动机首次着火循环燃烧情况的影响．结果表明,蓄电池电压影响发动机冷起动首次着火循环的HC排放,同时对首次着火循环的起动转速也有影响;点火提前角对首次着火循环起动转速影响较大,但对单循环冷起动时的HC排放影响不大;LPG发动机首次循环可靠起动的最佳点火提前角为上止前10℃A．     

基于首次着火循环的低温冷起动特性

从发动机首次着火循环的单一循环特性分析入手,研究了以液化石油气(LPG)为燃料的电控喷射小型点燃式发动机低温冷起动首次着火循环的燃烧情况.当环境温度从-9~4℃变化时,对不同过量空气系数对冷起动的首次着火循环的影响进行分析,结果表明环境温度对冷起动首循环的HC排放有很大影响,而对着火或起动瞬态转速影响不大;过量空气系数直接影响发动机冷起动首循环的着火可靠性和HC排放.通过研究,得出保证此LPG发动机首次着火循环可靠起动时的最佳过量空气系数为0.74左右.     

基于循环控制的LPG点燃式发动机冷起动首循环NO瞬态排放特性研究

从循环控制的角度，详细研究了LPG点燃式发动机冷起动首循环NO瞬态排放特性。实验在一台电控LPG进气道喷射单缸风冷四冲程125cm^3发动机上进行。通过高速采集系统记录发动机首循环瞬态NO排放、瞬时缸压和转速，从实验结果中分析发动机NO瞬态排放与其他参数之间的关系。研究表明：在稀燃工况下NO排放能更准确地反映着火的发生，可以作为首循环着火的判断依据；NO排放和循环缸压都随过量空气系数先增大后减小，最大缸内爆发压力发生在略浓的混合气浓度，而最大NO排放发生在较稀的混合气浓度；NO瞬态排放随循环缸压在稀燃、过渡和浓燃区呈现出不同的变化规律，首循环最佳过量空气系数应控制在过渡区域。     

怠速工况发动机富氧燃烧排放及其稳定性研究

利用氧的体积分数为21%～27%的富氧空气进气,研究点燃式发动机启动后最初怠速工况排放特性和规律.试验表明,在氧的体积分数为23%～25%的低富氧程度下,CO、HC排放降低作用更加显著,同时NOx排放升高程度处于较低水平.相反,在高富氧浓度下,CO、HC排放降低程度明显减小,NOx排放大幅提高.因此,低富氧浓度在改善发动机怠速工况燃烧排放中具有重要作用和应用潜力.研究还表明,随着供气氧的体积分数的增加,压力峰值提高,相位提前,发动机循环变动减小.进气氧的体积分数对瞬时转速循环变动性影响是有限度的,23%左右的低富氧作用最为明显,随着富氧程度增加,作用逐渐减小.     

EGR和过量空气系数协同控制改善甲醇发动机部分负荷性能

通过一台柴油机改装的高压缩比(17.5)进气道喷射点燃式甲醇发动机,研究了废气再循环(EGR)和过量空气系数协同控制对甲醇发动机部分负荷经济性和排放性能的影响.结果表明:负荷越小,协同调节范围越宽,节油潜能越大,在1,400,r/min、50%,负荷时,甲醇消耗率降低幅值最大可达13.1%,,25%,负荷时甲醇消耗率最大可降低26.6%,;EGR率小于20%,或过量空气系数小于1.4时,协同控制对缸压峰值的影响较明显;当过量空气系数大于1.4后,甲醇发动机燃烧持续期急剧增加,循环变动迅速变大;与无外部EGR、过量空气系数为1相比较,合理利用EGR和过量空气系数协同控制,可以保证HC、CO排放值增幅不大且能有效降低NOx,甚至实现NOx的"零"排放.     

混氢体积分数对汽油机性能影响的试验研究

在一台加装了电控氢气喷射系统的发动机上就过量空气系数为1.1时进气混氢体积分数对发动机性能的影响进行了试验研究。在发动机转速为1 400 r/min的条件下,调整了氢气的喷射脉宽,使氢气占进气的体积分数依次为01、%、3%4、.5%和6%。试验结果表明:混氢后发动机制动热效率升高,在混氢体积分数为6%时,发动机制动热效率比纯汽油机时平均提高14.53%;滞燃期与快速燃烧持续期缩短;缸压峰值增加,缸压峰值位置所对应的曲轴转角提前;发动机循环变动降低。在混氢体积分数较小时,CO排放随混氢比的增加而减少,但混氢体积分数为6%时的发动机CO排放有所升高;混氢后发动机HC排放减少,但NOx排放有所增加。     

小型发动机燃用汽油、乙醇和LPG燃料的排放对比

对125mL发动机燃用汽油、乙醇和液化石油气(LPG)时的过量空气系数和点火提前角与排放性能之间的关系进行了试验研究．指出了影响这三种燃料发动机排放性能的敏感参数的合理取值范围．通过对比试验，验证了发动机燃烧乙醇可降低NOx排放浓度．发动机燃烧LPG时，低HC排放的空燃比范围比其它两种发动机空燃比范围广．研究结果可为小型汽油、乙醇和LPG发动机参数匹配提供参考。     

喷射参数对二甲醚PPCCI发动机燃烧与排放特性的影响

在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。     

电控喷射LPG发动机冷起动失火特性

为加强冷起动阶段的排放控制,在一台125 cm3单缸电控喷射LPG点燃式发动机上进行了冷起动失火特性的试验研究.通过程序设计,以电控断点火方式造成发动机在所设定循环的完全失火,研究了冷起动过程不同循环在单循环失火、连续两循环失火和连续三循环失火的起动转速和HC排放,并对冷起动前120循环在不同失火率时的HC排放进行了研究.通过试验找到了影响LPG发动机冷起动过程起动转速和HC排放的关键着火循环,即理想的首次着火循环及其次循环.发动机理想的首次着火循环失火对起动时的HC排放和转速影响最大.在首次着火循环的下一循环失火对起动HC排放影响次之,而其余循环的失火对起动HC排放影响基本相同.提高起动初期发动机转速有利于后续循环的稳定运行.HC排放与失火率呈一定比例关系.失火率增加1倍时,HC排放升高约1倍.当失火率超过500/时,HC排放总量急剧升高.     

直喷式柴油机燃用二甲基醚(DME)试验研究

介绍了在1100单缸直喷式柴油机上燃用DME的发动机试验研究结果。研究表明：通过增加循环供油量可使柴油机燃用DME后恢复到原机略低，同时缸内最大爆发压力降低，发动机碳烟排放为零，HC和CO排放比原机略高，NOx排放比原柴油机降低约50%以上，供油提前角减少，缺内最大爆发压力降低，NOx排放可进一步大幅度降低，但HC排放略有升高；加大喷孔直径，缸内爆发压力升高，NOx排放升高，HC和CO排放在中低负荷相差不大，但在大负荷工况有所升高。     

基于循环控制的LPG电喷发动机冷起动初探

基于循环控制策略，利用单循环和多循环燃烧分析方法研究了LPG发动机的冷起动特性。试验在一台四冲程、水冷125mL单缸电控喷射点燃式发动机上进行。通过对冷起动循环的缸压和瞬时转速的实对测量和分析，研究了LPG首次喷射脉宽及着火循环的关系对冷起动着火特性的影响，特别对如何实现可控循环着火进行了基于单次起动喷射脉宽的单循环和多循环燃烧研究。试验结果表明：冷起动首次着火循环对整个起动过程的HC排放及着火稳定性起着至关重要的作用；起动喷射脉宽对冷起动着火特性的影响最大，合理控制起动喷射脉宽和喷射时刻，即可实现“即喷即着”的理想可控循环着火。LPG首次着火循环所需的混合气浓度约是稳定怠速时的2．2倍；单循环起动喷射脉宽起动与多循环起动脉宽起动相比，具有HC排放低和起动可靠性好的优点。在首次喷射之前空转几循环可以使发动机的首次着火循环序数提前，并能提高冷起动可靠性。     

Starting a spark-ignited engine with the gasoline-hydrogen mixture

Because of the increased fuel-film effect and dropped combustion temperature, spark-ignited (SI) gasoline engines always expel large amounts of HC and CO emissions during the cold start period. This paper experimentally investigated the effect of hydrogen addition on improving the cold start performance of a gasoline engine. The test was carried out on a 1.6-L, four-cylinder, SI engine equipped with an electronically controlled hydrogen injection system. A hybrid electronic control unit (HECU) was applied to control the opening and closing of hydrogen and gasoline injectors. Under the same environmental condition, the engine was started with the pure gasoline and gasoline-hydrogen mixture, respectively. After the addition of hydrogen, gasoline injection duration was adjusted to ensure the engine to be started successfully. All cold start experiments were performed at the same ambient, coolant and oil temperatures of 17 °C. The test results showed that cylinder and indicated mean effective pressures in the first cycle were effectively improved with the increase of hydrogen addition fraction. Engine speed in the first 20 start cycles increased with hydrogen blending ratio. However, in later cycles, engine speed varied only a little with and without hydrogen addition due to the adoption of close loop control on engine speed. Because of the low ignition energy and high flame speed of hydrogen, both flame development and propagation durations were shortened after hydrogen addition. HC and CO emissions were dropped markedly after hydrogen addition due to the enhanced combustion process. When the hydrogen flow rate increased from 0 to 2.5 and 4.3 L/min, the instantaneous peak HC emissions were sharply reduced from 57083 to 17850 and 15738 ppm, respectively. NOx emissions were increased in the first 5 s and then reduced later after hydrogen addition.     

汽油发动机富氧燃烧分析

以汽油机为例对内燃机的燃烧过程进行分析,建立燃烧模型和排放物生成模型。对燃烧的放热效率及生成物进行理论计算,分析富氧燃烧对发动机功率及排放的影响。通过实验验证富氧燃烧能够提高发动机的功率,同时能降低HC及CO的排放,但是NO的生成有所增加。     

EGR对生物柴油/异丁醇混合燃料燃烧与排放的影响

在一台四缸四冲程水冷高压共轨柴油机上研究了生物柴油/异丁醇混合燃料在不同EGR率下的燃烧及排放特性.试验结果表明:随EGR率的升高,缸内压力和放热率峰值降低,燃料滞燃期延长,燃烧持续期先缩短后延长,NO排放与核模态颗粒物数密度降低;当EGR率小于6%时,CO和HC污染物的排放都保持在较低水平.相较于生物柴油,燃用混合燃料降低CO污染物的排放;随异丁醇掺混比例的增加,缸内压力与放热率峰值逐渐升高,CO排放降低,但HC与NO的排放逐渐升高,核模态颗粒物数密度升高,积聚态颗粒物数密度和颗粒物质量浓度有不同程度的下降.     

Effects of exhaust gas recirculation (EGR) on combustion and emissions during cold start of direct injection (DI) diesel engine

Through experiments conducted on a single cylinder direct injection (DI) diesel engine, effects of exhaust gas recirculatoin (EGR) on combustion and emission during cold start were investigated. Combustion of first firing cycle can be promoted significantly by introducing EGR. In experiments, when partially closed choking valve and partially or fully opened EGR valve, peak cylinder pressure of first firing cycle was about 45% higher than that under normal condition without EGR, and the start of combustion (SOC) was also much earlier. EGR also had effects on combustion stability. In the case, which kept 50% or 100% opening of EGR valve (OEV) and kept 100% opening of choking valve (OCV), more stable combustion process was achieved when common rail pressure decreased during cold start. However, excessive amount of EGR led to extreme unstable combustion and even misfiring. Opacity and NO emissions were also analyzed in detail. In the case with maximum EGR, the lowest average opacity, which was less than 4%, was achieved during initial several firing cycles of cold start. But in the later phase, excessive amount of EGR led to a great deal of white smoke emission. NO emission during initial phase of cold start is mainly affected by increase in fuel amount of injection. When combustion became stable gradually, EGR showed significant effect on NO reduction.     

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。     

排气门正时对柴油机冷起动性能的影响

通过在一台单缸直喷柴油机上进行实验,分析了不同排气门正时条件对柴油机冷起动过程燃烧及排放性能的影响.结果表明,通过调节排气门关闭正时,适当增大缸内残余废气量,可显著改善起动过程初始着火循环的着火燃烧性能和提高起动过程缸内燃烧的稳定性.不同排气门关闭条件对起动过程的排放有着非常重要的影响.适当提前排气门关闭时刻,可以显著降低冷起动过程的烟度排放,特别是降低冷起动过程初始阶段的烟度排放.而对于NO2排放,由于残余废气具有很强的热效应,随着排气门关闭时刻提前,Nox排放呈上升趋势.