油嘴喷射锥角对柴油可控预混压燃燃烧特性的影响

进行了在柴油可控预混压燃燃烧模式下,油嘴喷射锥角对燃烧与排放的影响研究.实验结果表明,采用155°和125°喷射锥角的油嘴,改变多脉冲喷射定时可控制预混燃烧放热幅度,影响NOx与HC和CO排放的折衷关系.在3次和6次多脉冲喷射条件下,采用125°油嘴能获得更低的NOx和HC排放.特别是采用6次脉冲喷射模式,即使在较早的喷射定时(130°CA BTDC)下,仍能保证较低的HC和CO排放.研究表明,通过减小油嘴喷射锥角、增加脉冲喷射次数和大幅度提前喷射定时,能够在获得低NOx排放的可控预混燃烧过程的同时,保证HC和CO排放只有小幅增加.     

喷射参数对柴油HCCI复合燃烧过程燃烧效率及散热损失影响的研究

在复合燃烧模式下研究了喷射参数对燃烧效率、散热损失和热效率的影响。试验结果表明,改变多脉冲喷射定时可控制预混燃烧放热幅度,影响NOx与HC和CO排放的折中关系。多脉冲喷射定时提前,NOx排放减少,但HC和CO增加,导致燃烧效率降低。在平均指示压力0 78MPa下,当采用复合燃烧模式,随主喷射后推,主喷射定时为3°CAATDC时,可获得最高燃烧效率,同时NOx排放仅为280×10-6,烟度为0 4BSU,相对此主喷定时,提前或拖后喷射都会使HC和CO排放增加,从而造成燃烧效率降低。     

高速直喷柴油机的燃烧特性和排放试验研究

本文对一台四缸高速直喷柴油机的燃烧和排放特性进行了试验研究,分析研究了负荷及燃油喷射压力和供油提前角对该柴油机的着火延迟、瞬时放热率、NOx、CO及HC排放的影响。结果显示随着负荷及燃油喷射压力的提高着火延迟缩短、NOx排放增加;随着供油提前角的推迟NOx排放显著减少;而CO和HC的排放量与负荷及供油提前角的关系不大。     

预喷策略对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响

通过一台6缸直喷、高压共轨柴油机改装成的柴油引燃天然气发动机.试验研究预喷正时和预喷油量对燃烧参数和性能参数的影响,结果表明:相对单次喷射,较晚的预喷正时(30°CA BTDC)能提高发动机有效热效率(BTE),降低HC、CO排放,但NOx排放恶化,而较早的预喷正时(60°CA BTDC)能够在提高发动机BTE的同时,降低HC、CO排放,并且NOx排放基本保持不变;当预喷正时为60°CA BTDC,预喷油量适当增多(3~5 mg/cyc)能进一步提高发动机BTE,降低HC、CO和NOx排放;预喷油量进一步增加(6~7 mg/cyc),NOx排放恶化,并且由于着火相位波动导致燃烧稳定性变差.改善双燃料发动机燃烧和排放特性一方面要增加预喷柴油在可燃混合气中的分布,增大柴油与可燃混合气混合的时间,改善混合气的活性,进而提高燃烧速率;另一方面要强化主喷柴油喷射对着火相位的控制,防止着火相位不一致而恶化燃烧稳定性.     

基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制燃烧系统

为了实现柴油机NOx和碳烟超低排放的目标,提出了基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制均质压燃(简称HCCI)燃烧系统.该系统应用电控共轨燃油系统对燃油喷射规律实现多脉冲灵活控制,通过提前角大于上止点前90°的多次脉冲喷射,成功控制了预混合气的形成、着火和燃烧过程.从小负荷直到平均有效压力高达0.79 MPa的大负荷,均成功实现了以预混压燃燃烧为主要特征的燃烧过程,使柴油机的烟度始终能够控制在0.5 BSU以下,HC排放小于40×10-6,而NOx大幅度降低至240×10-6.     

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.     

柴油机部分预混合燃烧与排放特性的模拟与试验

在一台6缸重型增压柴油机上,通过单次喷射策略结合EGR技术实现部分预混合燃烧(PPC)方式.基于Level-set的湍流火焰传播模型结合简化的化学反应机理对这种燃烧模式的燃烧与排放生成过程进行计算分析.依据试验和模拟结果分析PPC模式对燃烧放热、NOx、UHC和PM排放的影响.结果表明:早喷和晚喷PPC模式都具有两阶段的放热,在燃烧期内预混燃烧比例显著高于常规燃烧模式,但晚喷模式下还存在部分扩散燃烧;采用PPC燃烧方式可减少NOx和PM排放,但晚喷PPC模式下HC排放会增加;PPC模式下核心组分的变化过程和常规喷油模式有很大的不同,在PPC模式下酮化过氧氢在第一阶段着火过程中起到关键作用,第一阶段着火过程中积累的大量H2O2使得第二阶段着火过程中放热率峰值很高;在喷束下游生成OH的位置会生成大量NOx,而碳烟是在燃烧室壁面附近的富燃料区域形成,晚喷PPC模式下的HC排放过高主要是由于贫燃料区域不能迅速进行第二阶段着火引起的.     

PCCI结合EGR对柴油机燃烧排放的影响

燃烧过程对发动机的整机性能有着重要的影响,通过调整进气门关闭时刻和提前喷油角度可以实现预混压燃,预混压燃(PCCI)能够很好的控制SOOT的排放,但对降低NOx排放不是很明显,PCCI结合外部EGR可以很好地控制NOx的排放。本文运用三维CFD模型对由4102BZLQ柴油机改造的PCCI进行了数值模拟,分析预混压燃对燃烧排放的影响,针对PCCI中NOx高排放问题加入外部EGR,对比不同EGR率时NOx、CO、HC排放的变化,并分析了可能导致NOx、CO、HC变化的机理。     

燃料分层对乙醇/柴油双燃料发动机循环波动的影响

基于一台单缸柴油机,采用进气道喷射乙醇同时缸内直喷柴油的方式实现双燃料预混压缩着火(PCI)燃烧模式.固定发动机转速和负荷,通过调整预混乙醇比例以及柴油直喷策略,实现了不同程度的混合气燃料分层,并测量了相应的发动机循环波动特性,试验中NOx排放和COVIMEP分别控制在0.4 g/(kW·h)和7%以下.结合数值模拟研究了混合气燃料分层对双燃料发动机循环波动的影响,结果表明:燃料分层直接影响双燃料发动机循环波动.首先,着火正时在上止点附近时有助于降低双燃料发动机循环波动,乙醇预混当量比、柴油直喷中主喷油量以及主喷正时直接影响混合气初始着火区域燃料活性以及当量比,进而影响混合气着火正时.其次,混合气着火正时稳定性对于保证双燃料发动机燃烧稳定性较为关键.此外,燃烧相位以及缸内爆压不变,采用较高的乙醇预混比例结合推迟的主喷正时可以实现更加稳定的着火,进而降低双燃料发动机循环波动率.     

汽油/柴油双燃料高比例预混压燃燃烧与排放的试验

对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式的燃烧及排放特性进行了初步的试验研究.结果表明,通过改变柴油的喷射时刻、汽油比例,HPCC呈现出由多种燃烧模式组成的复合燃烧模式,可以实现极低的NOx和碳烟排放,并能保持较高的热效率.试验工况下,汽油比例为50%时,柴油喷油时刻在-58～-6,°CA ATDC时热效率较高,喷油时刻在-49,°CA ATDC和-16,°CA ATDC时分别出现碳烟和NOx排放峰值.进气压力影响HPCC着火滞燃期、燃烧反应速度和"失火"与"爆震"燃烧汽油比例限值,提高进气压力可以提高汽油比例,实现超低的NOx和碳烟排放,并降低HC排放,但CO排放有所升高.随着汽油比例的增加,NOx与碳烟排放降低,对于IMEP为0.5,MPa、汽油比例大于50%时,两者的原始排放分别低于0.4,g/(kW.h)、0.06,FSN,但HC和CO排放升高.