EGR对可变压缩比SI发动机燃烧及排放特性的影响

基于一台可变压缩比火花点火(SI)单缸发动机,在不同废气再循环(EGR率为0~20%)、不同压缩比(8、9、10和11)下,对发动机燃烧和排放特性进行对比分析.结果表明:随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期变长,瞬时放热率曲线峰值减小并后移,缸内压力和最高平均燃烧温度降低.而增大压缩比则使滞燃期和燃烧持续期变短,缸内压力和燃烧温度升高.同时,NOx排放随EGR率的增大而降低,当压缩比为9时,20%,EGR率比无EGR时降低了92%,但随着压缩比增大NOx排放增多.CO和HC排放在EGR率较小时无明显变化,但随压缩比增大而减小,当EGR为5%,时,CO和HC排放最高降低7.8%和27%.     

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。     

不同点火时刻下天然气掺氢缸内直喷发动机燃烧与排放特性

在缸内直喷火花点火发动机上开展了天然气掺混0％-18％氢气的混合燃料不同点火时刻下的试验研究。结果表明：对于给定的喷射时刻和喷射持续期,点火时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响,喷射结束时刻与点火时刻的间隔对直喷天然气发动机极为重要,喷射结束时刻与点火时刻的间隔缩短时,混合气分层程度高,燃烧速率快,热效率高。最大放热率等燃烧特征参数随点火时刻的提前而增加。HC排放随点火时刻的提前而下降,CO2和NOx排放随点火时刻的提前而增加,NOx排放的增加在大点火提前角下更明显。掺氢可降低HC排放,对CO和CO2排放影响不大。掺氢量大于10％时可提高天然气发动机热效率。     

空燃比对柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放的影响

在单缸直喷式柴油机上,研究了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时,空燃比对发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明:发动机转速一定时,燃烧持续期随空燃比和丙烷比例的增加而缩短;缸内最高燃烧压力随空燃比的增大而减小,随丙烷比例的增加而增大;NOx和碳烟排放随空燃比的增大而降低,HC排放在小空燃比时随空燃比的减小而大幅度增加,而在大空燃比时随空燃比的增大而稍有增加;在小空燃比时CO排放随空燃比的减小而增加,在大空燃比时变化不大;燃用柴油/丙烷混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放增加。     

发动机燃用煤层气燃料燃烧和排放性能试验研究

在一台单缸火花点火发动机上开展了燃用不同组分配比的煤层气燃料燃烧和排放特性的试验研究,分析了发动机燃用不同组分的煤层气在不同负荷下的缸压、放热率、火焰发展期、主燃烧期及其排放性能.研究结果表明:随着煤层气中氮气体积分数的增加,最高缸内压力和压力升高率降低,燃烧放热率峰值下降,火焰发展期变长,放热率曲线型心对应的曲轴转角偏离上止点;发动机HC和CO排放浓度增大,而NOx排放大幅度下降.     

高压缩比射流点火天然气发动机燃烧及排放特性

采用一维仿真,预测并分析了压缩比对射流点火天然气发动机烧特性规律,进一步结合台架试验研究了高压缩比下采用不同稀释策略时射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性.结果表明:压缩比提升至17.0时,燃烧初期放热迅速,滞燃期缩短,燃烧持续期显著增加;采用纯空气稀释时,燃烧效率提高,热效率提升小于1％;CO、NOx排放增加,HC排...     

甲醇柴油对增压中冷柴油机燃烧与排放性能的影响

针对在增压中冷柴油机上燃用不同比例甲醇柴油对发动机燃烧和排放性能的影响进行了研究。结果表明：随着混合燃料中甲醇含量的增加,发动机动力性略有降低,使用经济性提高,缸内最大压力和温度降低,NOx和碳烟排放降低,HC排放增加;CO排放小负荷下大幅增加而在大负荷下略有降低。     

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。     

汽油/乙醇双燃料复合喷射对发动机排放性能的影响

通过在一台汽油气道喷射(GPI)的单缸、四冲程发动机上增加一套乙醇缸内直喷(EDI)系统,将其改装成为双喷射发动机,研究了汽油/乙醇复合喷射对发动机排放性能的影响,并建立了发动机计算流体动力学(CFD)模型,详细分析了缸内各区域的温度和组分分布特点.结果表明:加入乙醇直喷可以有效降低CO、NOx和soot排放,提高乙醇能量占比后,CO、HC和soot排放又有所增加;点火时刻提前,缸内整体温度和压力逐渐增加,NOx排放显著上升,soot排放有所下降,由于局部混合气质量变差,燃料不完全燃烧导致CO和HC排放有所增加,同时受过冷壁面淬熄效应的影响,作为未燃碳氢(UHC)排出的燃料也会提高HC排放;乙醇喷射时刻提前,燃料有更充分的时间进行蒸发混合,缸内燃烧状况得到优化,CO和soot排放减少,NOx排放呈上升趋势,间隙效应和壁面油膜吸附作用的增强导致HC排放呈上升趋势.     

柴油/CNG双燃料发动机排放性能的试验研究

在设计开发的CA6113BN-01柴油/CNG双燃料发动机的基础上，通过改变燃烧系统参数，柴油供油系统参数和在天然气供气系统参数等，研究了这些参数变化时对柴油/CNG双燃料发动机排放特性的影响。试验结果表明：柴油/CNG双燃料发动机的燃烧室形状对双燃料发动机性能，排放的影响较小。NOx、HC排放量随提前角的变化趋势和柴油机相似，提前角增大，NOx排放量增加，HC排放量也增加，提前角对CO排放影响较小。喷油器的开启压力提高可以有效地改善双燃料发动机的排放。     

LPG/柴油双燃料发动机压缩比优化研究

采用燃料复合供给方式 ,在单缸直喷式柴油机上进行了LPG/柴油双燃料发动机压缩比的优化试验研究 ,对比分析了使用纯柴油和LPG/柴油双燃料的燃烧特性 ,着重研究分析了双燃料发动机在不同压缩比下的最高燃烧压力、最大压力升高率、压力循环波动及燃烧放热率 ,并以此为依据优选了双燃料发动机的压缩比。试验结果表明 :降低压缩比后 ,双燃料发动机的最高燃烧压力及最大压力升高率均有较大降低 ,同时压力循环波动变小 ,但滞燃期、燃烧持续期都会有所增加。经过优化 ,压缩比确定为 14.5时 ,ZH110 5W柴油机改燃LPG/柴油双燃料后在高负荷工况下无严重爆震现象 ,压力循环波动较小 ,且经济性较好 ,热效率损失不大     

An internal combustion engine platform for increased thermal efficiency,constant‐volume combustion,variable compression ratio,and cold start

An internal‐combustion engine platform, which may operate on a portfolio of cycles for an increased expansion ratio, combustion under constant volume, variable compression ratio, and cold start, is introduced. Through unique thermodynamic cycles, the engine may be able to operate on a much greater expansion ratio than the compression ratio for a significantly improved thermal efficiency. This improvement is attained without involving a complex mechanical structure or enlarged engine size, and at the same time without reducing the compression ratio. The engine with these features may serve as an alternative to the Atkinson cycle engine or the Miller cycle engine. Furthermore, based on the same engine platform, the engine may operate on other cycles according to the load conditions and environmental considerations. These cycles include those for combustion under constant volume, variable compression ratio under part load conditions, and cold start for alternative fuels. It is believed that the introduced thermodynamic cycles associated with the engine platform may enable a future internal combustion engine that could generally increase the thermal efficiency by about 20% under full and part load conditions and overcome the cold start problem associated with diesel fuels or alternative fuels such as ethanol and methanol. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于高压直喷航空煤油点燃式发动机燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点然式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP-3)为基础燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、4冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了单双点火、不同负荷、压缩比、喷射压力、喷射时刻和两次喷射策略下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在原机压缩比为10的条件下,将直喷汽油改为直喷航空煤油后,由于航空煤油的抗爆性差、雾化困难、燃烧速率慢等理化特性,发动机的动力性损失约50.0%,油耗增加约60.0%,循环波动也大幅增加;相比于单点火,双点火可使缸内平均有效压力提高,燃烧相位提前,循环波动降低;为了抑制高压缩比下的爆震倾向,可通过降低压缩比来拓宽负荷范围,恢复原机功率。随着压缩比的降低,有效平均压力(BMEP)持续增大,当压缩比为6时,最大转矩可达39.5N·m,功率恢复至原机的88.0%。同时耦合高压及两次喷射策略,随着喷射压力的增大,有效燃油消耗率(BSFC)减小约30.0%,经济性有所提高。相比于单次喷射,采用两次喷射策略可降低油耗,提升缸内有效平均压力,提升燃烧效率,最终可实现发动机燃用航空煤油的性能接近原机水平,最大负荷达原机的90.0%且油耗增加量不超过15.0%。     

基于喷油策略和阿特金森循环的汽油压燃发动机高负荷性能优化研究

基于单缸机开展了多次喷射和阿特金森循环对汽油压燃(gasoline compression ignition,GCI)发动机性能影响的试验研究,试验分别研究了单次喷射、两次喷射及两次喷射结合阿特金森循环对GCI中高负荷性能的影响。结果表明,单次喷射中喷油压力、喷油时刻和喷油量对GCI燃烧有显著的影响,提高喷射压力可提高发动机的平均指示压力,降低循环波动,但喷油压力过高会导致燃烧对喷油时刻变化异常敏感,使燃烧难以正常进行;喷油量增加可提高发动机的平均指示压力,但过高的喷油量会导致不完全燃烧的燃油量增加,热效率下降。在两次喷射中,主喷时刻对燃烧起着决定性的影响。主喷时刻提前,发动机动力性有所提升,但压升率也随之增加;主喷时刻推迟,发动机动力性相应降低,同时循环波动增加。增加预喷量有利于发动机性能的提升,但预喷量过大会导致燃烧可控性降低。阿特金森循环能明显提升GCI热效率,其主要原因是减少了压缩行程的压缩负功,同时燃烧并未恶化,膨胀做功并未降低。     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH₄排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH₄排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。     

缸内直喷式汽油机废气滞留条件下的燃烧特性

研究了缸内直喷式汽油机废气滞留条件下,负气门重叠角、点火提前角、压缩比及分层混合气对废气滞留燃烧的影响。研究结果表明:GDI发动机在部分负荷时利用废气滞留可减小泵气损失,但使燃烧持续期增长、循环波动增大;负气门重叠角增大导致循环波动增大;适当地提前点火时刻有助于降低循环波动;废气滞留燃烧采用高压缩比会产生点燃触发压燃的组合燃烧方式,可缩短燃烧持续期但使循环波动增大;利用2次喷射策略形成分层混合气有助于降低废气滞留燃烧时的循环波动,缩短滞燃期和燃烧持续期,从而提高循环热效率,第2次喷射比例和时刻对性能产生重要影响。     

A computational study to analyze the effect of equivalence ratio and hydrogen volume fraction on the ultra-lean burning of the syngas-fueled HCCI engine

This computational study investigates the equivalence ratio and hydrogen volume fraction effect on the ultra-lean burning of the syngas-fueled homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine. In this research, low calorific syngas, composed of different compositions of H2, CO, and CO2, is used as a fuel in the HCCI engine that is operated under an overly lean air-fuel mixture. ANSYS Forte CFD package with Gri-Mech 3.0 chemical kinetics was used to analyze the in-cylinder combustion phenomena, and the simulation results were validated with experimental tests in the form of in-cylinder pressure and heat release rate at different equivalence ratios.The results indicate that changing the equivalence ratio produces a negligible change in combustion phasing, while it positively impacts the combustion and thermal efficiency of this syngas-fueled HCCI engine under lean conditions due to the high burning rate in the squish region. Moreover, an increased equivalence ratio increases MPRR due to the rich mixture combustion. The results also represent that the high-volume fraction of H2 in syngas fuel causes an advanced burning phase, improves the combustion performance of the HCCI engine at all equivalence ratio conditions, and causes slightly high NOx emissions.     

活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制研究

本文基于一台压缩比可变的单缸热力学发动机,使用自主开发的空气辅助喷射系统,在全负荷条件下,开展了活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制的试验研究。探究了采用双点火、降低压缩比以及使用CO2辅助喷射对航空煤油发动机的性能及爆震抑制的影响研究。结果表明,采用双点火可以有效提高航空煤油火焰传播速率,提高燃烧相位,降低循环波动,并且有抑制爆震的作用;通过降低压缩比有效实现了爆震抑制,解决在较高压缩比下航空煤油发动机只能运行在小负荷区间的难题,压缩比降至6,发动机实现全负荷运行,动力性、经济性较好,且不易发生爆震;采用CO2辅助航空煤油喷射时,随着CO2脉宽的增加,同一点火时刻下,发动机的动力性经济性下降,但由于CO2的抑制爆震的作用,MBT点火时刻最大可提前至14 °CA BTDC,使得燃烧相位提前,发动机燃烧效率提高。     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。