乙醇燃料均质压燃的燃烧循环变动

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了乙醇燃料均质压燃燃烧循环变动的研究。结果表明:随着过量空气系数增大,最大燃烧压力、平均指示压力、燃烧持续期的循环变动均增大,燃烧始点的标准偏差减小。随着进气温度的升高,最大燃烧压力升高,而平均指示压力先升高后下降,两者的循环变动均减小,燃烧始点的循环变动增大,燃烧持续期缩短,循环变动减小。引入适量的EGR能显著地改善燃烧速率,降低最大压升率,但EGR过大会使混合气不能稳定、连续地着火燃烧。     

进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响

在一台快速压缩机上模拟甲醇HCCI的燃烧过程,通过缸压曲线和活塞位移曲线等数据进行计算分析,研究了进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响规律。结果表明,当其他边界条件一定时,随着甲醇混合气进气温度的增加,甲醇HCCI的燃烧始点提前,缸内压力升高率峰值增加,放热率峰值增加,燃烧持续期缩短。     

乙醇均质压燃燃烧过程的化学动力学数值模拟

为了全面分析醇类燃料均质压燃的燃烧过程,利用乙醇高温反应化学动力学机理,建立了乙醇HCCI燃烧模型,利用该模型计算了燃烧过程中各组分的变化情况。得出了如下结果:H2O2和HO2在压缩过程中随着温度的升高逐渐累积,它们的峰值都在着火点附近。OH基和H基浓度在着火时刻瞬间达到最大值,并且OH基的浓度远远高于H基。燃料大量燃烧放热之后,H基浓度快速下降到很低的水平,OH基的浓度也降低到很低的水平,但是其变化速度比较慢,在上止点40℃A之后才趋于稳定值。     

乙醇均质压燃燃烧的化学反应动力学模拟

应用0-D单区模型耦合乙醇氧化反应详细化学动力学机理,对乙醇均质压燃燃烧反应化学动力学进行了数值模拟研究。分析了乙醇氧化消耗的主要途径及乙醇的燃烧反应机理中的关键中间产物和重要的基元反应,并总结出了乙醇总体氧化流程。研究结果表明:在乙醇氧化消耗的主要途径中,C2H5OH+OH→产物占主导,单个基元反应中以R145 C2H5OH+OH=CH3CH2O+H2O为主,其次为R144 C2H5OH+OH=CH3CHOH+H2O。乙醇氧化经裂解反应、脱氢反应最终形成支链反应,乙氧基C2H5O的三种同分异构体在链分支中决定了链分支的进行方向。     

乙醇燃料内燃机均质压燃的工作区域

在一台由CA6110柴油机改造的单缸HCCI发动机上进行了乙醇燃料的HCCI工作区域的试验研究。确定了由平均指示压力pm i和转速n表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的指示热效率和排放性能。结果表明:HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可达60%;指示热效率主要受负荷的影响,转速对其几乎没有影响。HCCI燃烧只产生很少的NOx,最大NOx指示比排放只有1 g/kWh;而HC和CO排放都比较高,最低的HC和CO排放约为5 g/kWh,而且对负荷非常敏感。     

缸内直喷乙醇均质充量压燃燃烧离子电流特性

基于DI-HCCI发动机试验台架,对乙醇HCCI燃烧模式下的离子电流特性进行了试验,并结合Chemkin-Pro软件对乙醇HCCI燃烧过程离子产物的化学反应路径进行了分析。结果表明,发动机负荷提升,离子电流信号会显著增强,并且信号的起始、峰值等相位也会提前,离子电流信号最大升高率也会增加,即离子反应速率加快。     

燃料特性对小型压燃式发动机增负荷工况燃烧及HC排放的影响

应用自行开发的瞬态工况控制系统及排气采集装置,研究了具有不同理化特性的燃料对小型压燃式发动机冷态突增负荷工况下燃烧及 HC排放特性的影响;利用气相色谱仪分析了HC的排放成分。研究结果表明:对于普通柴油燃料,在突增负荷工况下,燃油开始增加后,总碳氢HCt 排放浓度急剧增加,最大值达到稳态工况的 100 倍左右。随循环数的增加,滞燃期缩短,HC排放逐渐降低。采用具有相同十六烷值、挥发性好的燃料,可有效改善冷态增负荷工况下的燃烧,降低HC排放。与燃烧柴油相比,采用挥发性好的正庚烷和 GTL燃料,HCt排放降低约80%。     

乙醇燃料均质压燃发动机的试验研究

利用进气预热和废气再循环(EGR)控制方法,在由CA6110柴油机改造的单缸发动机上进行了以乙醇为燃料的均质混合气压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)试验研究。结果表明:在过量空气系数λ=1~9时,发动机可以实现HCCI燃烧,但由过量空气系数和EGR率表示的HCCI工作范围受爆震和部分燃烧的限制。乙醇燃料HCCI燃烧最大平均指示压力可达到0.6 MPa,指示效率可达到60%。在HCCI燃烧中只产生少量的NOx,但是未燃HC和CO的排放较高。     

混合气质量对乙醇发动机均质压燃燃烧特性的影响

在一台经改造而成的单缸均质压燃（HCCI）发动机上,以乙醇为燃料研究了不同循环供油量和废气再循环（EGR）率对HCCI燃烧的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明：乙醇燃料HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可以接近60％;最高平均指示压力Pmi为0．6MPa;过量空气系数φa和EGR率的合理组合可以有效控制HCCI燃烧的着火正时和NOx排放,但是EGR的加入会导致HC和CO排放增加。     

混合气质量对乙醇发动机均质压燃燃烧特性的影响

在一台经改造而成的单缸均质压燃(HCCI)发动机上,以乙醇为燃料研究了不同循环供油量和废气再循环(EGR)率对HCCI燃烧的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明:乙醇燃料HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可以接近60%;最高平均指示压力Pmi为0.6MPa;过量空气系数a和EGR率的合理组合可以有效控制HCCI燃烧的着火正时和NOx排放,但是EGR的加入会导致HC和CO排放增加。     

火花点燃对乙醇HCCI燃烧稳定性的影响

针对实现均质压燃(HCCI)燃烧的难点之一:着火和燃烧的控制,在一台由柴油单缸机改造而成的乙醇燃料HCCI燃烧单缸试验机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点燃对HCCI燃烧稳定性的影响。结果表明:HCCI燃烧方式的燃烧循环变动比火花点火燃烧低,燃烧速度快,热效率高,NOx的排放大幅降低。在HCCI临界温度工况下引入火花辅助点燃能提高燃烧稳定性,减少失火循环的产生;随着缸内温度逐渐高于混合气的临界着火温度,火花点燃对HCCI燃烧的影响逐渐减弱。     

快速压缩机漏气量的计算方法

以自主研发的快速压缩机为研究对象,对燃烧缸内可燃混合气的泄漏量进行了计算。由于密封不好和活塞速度较慢,快速压缩机出现漏气,混合气的泄漏量与压缩比和活塞的速度有关。作者利用已知的缸内压力-时间关系曲线,对活塞的有效漏气面积进行了计算,在根据燃烧时缸内压力变化关系曲线对燃烧缸的漏气量进行了计算。漏气量的计算可以实现对缸内压力曲线修正,同时也可以对燃料的低热值进行修正,研究结果有助于提高计算精度和准确分析燃烧特性。     

边界条件对乙醇HCCI发动机燃烧的影响

利用发动机循环模拟软件BOOST,并使用详细的化学反应动力学机理,建立了乙醇HCCI发动机的单区模型。模拟计算结果与试验结果吻合得较好。利用该模型研究了气门流量系数和缸内壁面温度对燃烧的影响。模拟计算结果表明,该HCCI发动机的气门流量系数不宜取得很大,在较小的流量系数下HCCI的燃烧变得柔和;而改变壁面温度相当于对进气加热,促进了燃烧。     

气口喷射DMM/柴油混合燃料实现HCCI燃烧

为了促进缸内均匀混合气的形成,将不同比例的DMM/柴油混合燃料通过气口喷射,在单缸发动机上实现了具有超低排放特征的HCCI燃烧方式,考察了混合燃料中DMM的比例、冷却EGR率对HCCI燃烧的转速和负荷范围的影响,以及负荷、冷却EGR率和进气温度对HCCI燃烧的影响.研究表明,由于DMM/柴油混合燃料显著改善了燃料的雾化特性,因此混合燃料能够在较宽的转速和负荷范围内实现HCCI燃烧.此外,由于混合燃料含有很高比例的氧份,因此容许采用较大比例的废气再循环,并且因为冷却的废气再循环推迟了HCCI的着火时刻.通过燃料改性结合外部废气再循环在较大范围内实现了HCCI燃烧.     

二甲醚均质充量压燃简化机理研究

通过对二甲醚燃烧的详细化学动力学的研究以及温度敏感性分析,构建了一个涉及31种组分、49个基元反应的简化机理。该简化机理包括低温阶段、NTC区子机理、甲酸生成与消耗子机理和高温阶段子机理。通过分析过量空气系数、进气温度、压缩比对二甲醚均质压燃的影响以及重要组分的变化过程,验证了简化机理在缸内压力、温度、燃烧始点和NTC区等与详细机理的一致性。     

缸内双直喷系统压燃式试验机的开发

为了研究多种燃料在压燃式发动机上的应用,在T1115单缸卧式直喷柴油机基础上增加一套独立的直接喷射系统,开发成双直喷系统压燃式试验机。详细论述了喷油泵的安装和驱动、喷油器的布置、气缸盖和摇臂座的改造以及气缸压力传感器、曲轴转角信号光栅盘轴的安装。该机可作为研究压燃式发动机同时燃烧两种燃料或柴油掺入助燃剂对发动机动力性、经济性、排放性影响的试验平台。试验运行表明:所开发的试验机工作可靠,并获得了一些有价值的试验成果。