天然气直喷发动机当量比与稀薄燃烧对比研究

针对一台自然吸气四缸天然气缸内直喷发动机,建立了发动机仿真模型,通过台架试验数据对模型进行了验证。开展了均质当量比燃烧和稀薄燃烧两种方案的整机动力性、热负荷和经济性对比研究。结果表明：稀薄燃烧时动力性下降明显,当量比燃烧时热负荷较高,空燃比稍大于当量比时经济性最好。     

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。     

废气再循环率及点火时刻对天然气发动机燃烧和排温的影响

基于一台当量比燃烧的天然气发动机,采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究.研究结果表明:随着EG R率的增加,燃烧相位后移,燃烧持续期延长,放热率峰值减小,最大压升率、缸内最高燃烧压...     

基于高低压EGR技术实现高效天然气发动机燃烧

针对某国Ⅵ天然气发动机开展了提升进气混合均匀性和发动机经济性的试验,分析了进气系统结构优化(包含加装扰流器)对进气混合均匀性的影响;同时研究了高低压废气再循环(EGR)技术(即EGR从涡轮机前取气而从压气机前引入)对发动机燃烧和性能的影响规律以及探索了其实现高效燃烧的潜力．结果表明：对进气系统结构的优化能显著改善混合气的混合均匀性,减少各缸燃烧差异从而改善发动机经济性．高低压EGR技术的应用能显著减小EGR引入对高涡前压力依赖的需求,相比高压EGR方案可匹配更大涡端增压器同时满足对大比例EGR率的需求,从而显著降低泵气损失;并且高低压EGR技术降低了进气歧管温度来提高充量系数;此外,采用高低压EGR技术延长了混合气的混合时间尺度,进一步提高混合均匀性．最终,更加高效的燃烧和较低的泵气损失使发动机有效热效率(BTE)从原机水平39.12%提升至40.63%,改善幅度达3.9%.     

当量燃烧天然气发动机N H3排放控制策略研究

为了满足国六标准新增的N H3排放限值要求,基于N H3排放生成机理和大量工程试验数据,提出了微浓空燃比+逸氨催化器(ammonia slip catalyst,ASC)控制策略,并在某天然气发动机上进行了匹配开发试验,最终使发动机排放满足国六法规要求.试验表明:N H3排放来源于三效催化器,并非来源于天然气发动机原始...     

点燃式天然气发动机性能燃烧模型的研究

提出一种利用热力学－化学反应建立点式天然气发动机燃烧过程数学模型，此模型采用准维模型，计算和试验表明此模型能较好的预测天然气发动机的性能。     

关于国六天然气发动机EGR进气侧测量方式研究

研究了国六天然气发动机废气再循环(EGR)的测量方式,重点介绍了进气侧测量方法,结合台架试验数据,对进气侧测量方法进行了详细分析,并总结出进气侧与废气侧2种测量方式各自的优缺点,对于后期新开发机型的系统选择有指导意义。     

某款当量燃烧天然气发动机活塞设计

分析了天然气发动机的燃烧特点及影响燃烧的活塞参数,对比了活塞燃烧室形状对气缸内流动的影响.针对某一款天然气发动机介绍了不同方案的活塞设计过程,并搭建台架对3种活塞方案进行对比,活塞方案确认后对发动机燃烧性能和活塞可靠性进行了确认.     

进气歧管结构差异对发动机各缸EGR率均匀性的影响

针对天然气发动机,废气再循环(EGR)能够有效地有抑制氮氧化物(NO_x)的产生,同时降低发动机缸内的燃烧温度。但各缸EGR率差异会导致各缸燃烧存在差异,从而增加失火和爆燃的风险。基于某国六天然气发动机进行各缸EGR率测试,并对进气歧管进行计算流体动力学(CFD)仿真分析。基于此,通过优化进气歧管结构设计,有效提升了EGR率的均匀性,各缸EGR率均匀性≤2.5%,满足设计要求。研究结果可为后期发动机的进气歧管设计开发提供参考。     

直喷天然气发动机燃烧效率分析

利用快速压缩装置对直喷天然气发动机的效率进行了分析。在宽广的当量比范围内，分析了三种燃料喷射方式下和均匀混合气燃烧时的燃烧效率。结果表明，燃油喷射方式下的燃烧效率在0．2－0．9当量比范围内均具有较高的数值并与喷射方式无关；在当量比小于0．2和大于0．9时，由于CO的原因，使燃烧效率降低。均匀混合气燃烧时，燃烧效率在当量比大于0．7时较高，而当量比小于0．7时，由于很高的未燃甲烷的生成使燃烧效率损失较大。燃料喷射燃烧与均匀混合气燃烧相比，维持高燃烧的比范围宽。因未燃甲烷的生成造成的燃烧效率的损失与喷油时刻无关，因CO造成的燃烧效率的损失随喷油滞后而增加。     

当量比天然气发动机氨排放特性研究

采用傅里叶变换红外线光谱仪研究了当量比天然气发动机的N H3排放,重点研究了不同工况下三元催化器(three-way catalyst,TWC)前的NOx、CO、CH4排放特性和TWC后的NH3排放特性.结果表明:当量比天然气发动机原始排气中无NH3排放,发动机原始排气经过TWC后的催化反应才是当量比天然气发动机NH3...     

增压中冷稀燃天然气发动机燃烧特性试验研究

以190型天然气发动机为对象,采集了发动机的示功图,分析了点火提前角及负荷对燃烧过程的影响规律。试验结果表明,在BTDC28℃A到BTDC36℃A范围内,最高燃烧压力和最大瞬时放热率以及缸内最高燃烧温度随点火提前角的增大而增大;BTDC33℃A点火提前角下最高燃烧压力和最大瞬时放热率以及缸内最高燃烧温度随负荷的增大而增大;火焰发展期随点火提前角增大而增大,随负荷增加而减小;50%燃烧相位角随点火提前角、负荷的增加而减小,速燃期随点火提前角的增大先增大后减小,随负荷增加呈减小趋势。     

柴油/天然气双燃料发动机柴油燃烧策略的研究

基于自主研发的第三代并行式柴油/天然气双燃料发动机电控系统,利用FIRE软件建立柴油/天然气双燃料发动机柴油喷射系统的多次喷射模型。同时,通过进气压力控制过量空气系数,实现柴油/天然气双燃料发动机稀薄燃烧方式。针对高负荷工况,研究了多次喷射策略和稀薄燃烧方式对双燃料发动机最大压力升高率及NOx排放的影响。结果表明:发动机工作在高负荷及柴油替代率为80%时,采用双燃料稀薄燃烧方式能使NOx排放降低,但最大压力升高率仍可能超过安全临界值1MPa/(°)。采用合适的预喷射量与预喷射时刻能降低最大压力升高率。通过多次喷射和稀薄燃烧方式相结合的燃烧策略对缸内燃烧方式进行组织,可以实现双燃料发动机高替代率燃烧,并使高负荷时NOx排放达到或者低于国Ⅴ标准限值。     

某天然气发动机活塞燃烧室对比研究

针对某型天然气发动机的活塞燃烧室型式展开论述,通过比较缩口型、直口碗型、敞口型三种型式的燃烧室内混合气体的湍动能,分析了各型式燃烧室的优劣。鉴于缩口型燃烧室存在不足,本文通过发动机台架试验,分析了直口碗型燃烧室和敞口型燃烧室对发动机性能的影响。最后,得出了直口碗型燃烧室适合用于天然气发动机的这一结论。     

稀燃点燃式天然气发动机的燃烧特性

通过对一台6102型稀燃点燃式天然气发动机在不同混合气浓度和不同点火提前角下的燃烧特性进行试验,深入分析了点火提前角和混合气浓度对天然气发动机燃烧特性的影响.结果表明,当进气压力和转速一定时,随着混合气变稀,NO_x排放降低,但输出转矩有减小趋势,耗气率升高且燃烧稳定性变差;适当增大点火提前角,可以使输出转矩增大,耗气率降低,提高燃烧稳定性,但NO_x排放会有所增加.因而需综合考虑动力性、经济性和排放来选择最佳的混合气浓度和点火提前角.找出了在满足动力性、经济性和排放的特定工况点的适宜浓度和点火提前角范围,为进一步标定全工况下的MAP图也提供了参考依据.     

湍流射流点火对天然气发动机燃烧特性影响的试验研究

湍流射流点火（Turbulent Jet Ignition,TJI）是一种有效的燃烧增强技术,可提供更高的点火能量,使发动机稳定着火,且可以提高燃烧压力和燃烧速率,缩短燃烧持续期,是实现发动机稀薄燃烧的有效手段。基于一台带有预燃室的点燃式单缸试验机,开展了TJI模式下天然气发动机性能的试验研究。首先,研究了不同过量空气系数下TJI对天然气发动机动力性能、排放性能及燃烧特性的影响,并与火花塞点火（Spark Ignition,SI）模式进行对比;其次,在稀燃条件下分别探究了进气增压和预燃室喷氢对天然气发动机动力性、经济性及燃烧过程的优化作用。结果表明：TJI的使用可有效拓展天然气发动机的稀燃极限,且燃烧滞燃期和燃烧持续期均更短,放热率更高;过量空气系数1.5为甲烷TJI最佳稀燃工况,此时燃油消耗率最低,且可实现氮氧化物近零排放;此外,采用进气增压的方式可以提高TJI发动机在高负荷下的经济性;TJI模式下,相较于预燃室喷甲烷,预燃室喷氢气可进一步缩短滞燃期和燃烧持续期,提高放热率,达到提升TJI性能的效果。