喷射方式对直喷汽油分层燃烧的影响研究

利用快速压缩装置进行了喷射方式对直喷汽油分层燃烧的影响研究。研究结果表明 :在当量比小于 0 .5时 ,快速燃烧期保持相同的数值而与喷射方式无关 ;在当量比大于 0 .5时 ,单点喷射方式比双点喷射方式具有较长的快速燃烧期。双点喷射方式的后燃期随当量比的增加而缩短 ,而单点喷射方式的后燃期随当量比的增加而增长。双点喷射方式的燃烧持续期基本上保持一稳定值而不随当量比的改变而变化 ,单点喷射方式下较长燃烧持续期出现在大当量比区域。双点喷射方式由于燃烧持续期短和放热速率快而呈现高的压力升高值。CO在当量比小于 0 .8时具有很低的数值 ,而在当量比大于 0 .8时因强充量分层则随当量比的增加而急速上升。三种喷射方式下碳氢随当量比的增加而增加。双点喷射和单点喷射的 NOx 的最大值分别出现在 0 .6～0 .7和 0 .3～ 0 .5区域处。在当量比小于 0 .8时 ,CO2 不受喷射方式的影响。燃烧效率在当量比 0 .15～ 0 .90范围内均达到 0 .9以上而基本上不随喷射方式而改变     

利用火花点火式快速压缩装置进行天然气直喷分层燃烧可行性的研究

利用快速压缩装置进行了天然气直喷分层燃烧可行性的研究。结果表明 :天然气分层燃烧具有短的初期火焰发展期和主燃期以及高的燃烧压力。分层燃烧可使稀燃极限延伸到很小的当量比。由于过度分层 ,CO在当量比大于 0 .8时急剧增加 ,而 NOx 的峰值也因充量分层而出现在小当量比处。燃烧效率在当量比处于0 .1～ 0 .9范围时高于 0 .92 ,在极小当量比时由于未燃混合气淬熄 ,在当量比时由于过度分层而使燃烧效率降低。根据燃烧产物计算的燃烧效率与根据放热分析获得的燃烧效率一致。因此 ,天然气直喷分层燃烧在宽广的当量比范围内可望实现高效燃烧火花助燃发动机的宽广的高效燃烧。     

不同喷射时刻缸内直喷天然气燃烧特性

利用快速压缩装置研究不同喷射沓刻缸内直喷天然气燃烧特性。结果表明，天然气直喷燃烧可实现快速燃烧，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可明显缩短燃烧期。与均匀混合气燃烧相比，碳氢的排放增加，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可达到均匀混合气燃烧时相同的排放量。在很宽的当量比范围内，NOx增加，而CO仍维持很低数值，且不受喷射时刻的影响，直喷天然气燃烧可实现较高的压力升高值，且其数值不受喷射时刻的影响，所达到的高燃烧效率也不受喷射时刻的影响。     

四气门汽油机准均质稀混合气燃烧过程的实验研究

在一台未做任何结构改动的四缸、16气门进气道喷射产品发动机上，通过二次喷油技术形成优化的缸内准均质稀混合气浓度分布，从而实现准均质稀薄燃烧，性能实验结果表明，两次喷油可拓展发动机的稀燃极限1．5～2个空燃比单位，最高达23．5；发动机燃油消耗同原电控喷射发动机相比可降低19．1％；在整个空燃比范围内，经过优化的两次喷油稀燃的最低油耗较单次喷油稀燃下降6．5％。     

点火位置对天然气直喷超稀燃烧影响的基础性研究

利用快速压缩装置进行了点火位置对天然气直喷超稀燃烧的基础性研究，研究结果表明：对于给定的当量比来说，存在一个最佳点火位置，在此位置点火时可以获得最短的燃烧持续期、最大的压力升高值、最高的燃烧效率，最快的燃烧放热率和最低的CO和未燃碳氢排放。最佳点火位置随当量比的减小而移向喷油嘴出口位置。当点火位置靠近喷油嘴出口位置时，稀燃极限可以延伸到更小的当量比，但可着火的当量比的范围变得狭窄。当量比大于0.1时，燃烧效率将维持在较高的数值；当量比小于0.1时，因未燃燃油所占的比例增加，燃烧效率明显降低。     

燃油喷射正时对直喷式天然气发动机性能的影响

使用快速压缩装置研究了燃油喷射正时对直喷式天然气发动机性能的影响。研究结果表明,提早喷射（喷射正时60ms)会降低燃烧初期放热速率而增加后期放热速率;推迟喷射（喷射正时75ms)会增加燃烧初期放热速率而降低后期放热速率;在喷射持续期结束时（喷射正时80ms)点火放热持续期最短;提早喷射增加火焰发展期而推迟喷射会增加后燃期;在当量比相同且大于0.8的条件下,提早喷射会产生相对量低的CO,而推迟喷射会产生相对量高的CO;在当量比为0.6-0.8时,不同喷射正时条件下NOx均较高,喷射推迟NOx降低;在当量比为0.5-0.8时,燃烧效率较高,当量比小于0.5或大于0.8时燃烧效率都会降低。     

利用快速压缩装置进行直喷天然气发动机燃烧特性的研究

利用快速压缩装置开展了直喷天然气发动机燃烧特性的研究,分析了3种不同喷射方式下的燃烧特性并与均相混合气燃烧进行了对比。研究结果:上喷天然气燃烧比均相混合气燃烧的最大压力高,在宽广的当量比范围内具有短的火娄发展期和快速燃烧,克燃烧放热率和压力升高率基本上与喷射方式无关。喷射方式与均相混合气相比,燃烧放热率,压力升高率大。缩短喷油和点火间的时间间隔将缩短火焰发展期和快速燃烧期,其时间间隔的优化对直喷天然气发动机极为重要。直喷天然气发动机的燃烧方式为预混控制充量分层燃烧,此燃烧方式燃烧速率,排放低。     

分层当量比混合气抑制爆震的燃烧排放特性研究

针对汽油缸内直喷式(GDI)发动机,利用两次喷射策略形成分层当量比混合气抑制爆震的思路进行了研究,着重分析了两次喷射策略中第二次喷射时刻和比例对燃烧、爆震和排放的影响,并对比了分层当量比混合气与传统的推迟点火时刻和加浓混合气抑制爆震方法的燃烧排放特性差异.研究结果表明:分层当量比混合气能够实现抑制爆震的效果,且浓区混合均匀时可减弱分层对燃烧效率和平均指示压力的降低;分层当量比混合气可利用三效催化剂高效地降低HC、CO和NOx的排放;分层混合气会由于混合不均造成碳烟生成,分区均质的分层混合气组织形式将有助于降低分层带来的碳烟排放;分层当量比混合气抑制爆震可减弱推迟点火时刻对负荷的降低;与加浓抑制爆震方法相比,可显著提高燃油经济性并降低排放.     

天然气/氢气燃烧特性研究

在定容燃烧弹中研究了不同氢气掺混比例、燃空当量比和初始压力下的大然气／氢气混合气的燃烧特性，建立了适合用于容弹计算的准维双区模型。研究结果表明：在各种当量比和初始压力下，随着掺氢比例的增加，混合气的质量燃烧速率明显增加，燃烧持续期和火焰发展期娃著缩短。随着掺氢比例的增加，短的燃烧持续期所对应的当量比范围变宽，稀混合气和浓混合气条件下天然气掺氢对火焰发展期缩短的效果更明显。化学计量比附近（1．0—1．1）掺氢燃烧对燃烧最大压力值影响不大，浓混合气（燃空当量比大于1．1）和稀混合气燃烧时，随着掺氢比例的增加，最大燃烧压力值增加。     

二次喷油过程对稀燃汽油机性能影响的试验研究

利用气道内燃油二次喷射技术可以在气缸内形成准均质稀混合气，改善汽油机稀薄燃烧过程。在一台4缸16气门发动机上，利用自主开发的电控系统，固定两次喷油总量，改变两次喷油比例和二次喷油时刻等参数，可以实现对二次喷油过程的优化，改善混合气形成，从而改善燃烧过程，扩大稀燃极限。采用不同喷油比例，在不同空燃比时实现的节油率为7．7％～19．2％。空燃比越大，二次喷油比例对燃油经济性的改善越明显。选择合适的二次喷油时刻，在气流运动的作用下，有助于对火花塞附近区域混合气进行有效加浓。     

用快速压缩装置研究直喷式天然气发动机排放特性

使用快速压缩装置进行了直喷式天然气发动机排放特性的研究。测量了三种不同方式下的排放，并与均相混合气燃烧情况进行了对比。实验结果表明，在宽广的当量比范围内，天然气直喷方式的燃烧效率高于0.95。由于混合气的分层燃烧，天然气喷射方式在宽广的当量比范围内保持较低的HC排放量，同等功率下的低CO2排放量，低NOx排放量，其NOx排放在理论当量比处的降低更为明显。直喷天然气发动机既具备柴油机发动机效率高的特点，又具备预混燃烧发动机排放低的特点。     

柴油机部分均质预混燃烧模式下混合与化学控制参数对指示热效率的影响

基于部分均质预混燃烧(PPC)的柴油机研究开发和优化了一种混合燃烧控制策略,在平均指示压力(IMEP)高达1.1,MPa的负荷范围内实现了高的指示热效率以及超低排放.燃烧过程中的混合与化学控制参数包括了喷油定时、喷油模式(如多脉冲喷射)、增压压力、EGR率以及进气气门关闭定时等,通过优化耦合以上控制参数可以优化控制当量比与温度的变化路径,从而避开NOx与碳烟(Soot)生成区.基于热力学第一定律,通过能量平衡的分析方法研究了混合与化学控制参数对热效率的影响.研究表明,相对于排放而言,热效率受控制参数的影响更加敏感.     

Backfire control and power enhancement of a hydrogen internal combustion engine

Frequent backfire can occur in inlet port fuel injection hydrogen internal combustion engines (HICEs) when the equivalence fuel–air ratio is larger than 0.56, thus limiting further enhancement of engine power. Thus, to control backfire, an inlet port fuel injection HICE test system and a computational fluid dynamics model are established to explore the factors that cause backfire under high loads. The temperature and the concentration of the gas mixture near the intake valves are among the essential factors that result in backfire. Optimizing the timing and pressure of hydrogen injection reduces the concentration distribution of the intake mixture and the temperature of the high-concentration mixture through the inlet valve, thus allowing control of backfire. Controlling backfire enables a HICE to work normally at high equivalence fuel–air ratio (even beyond 1.0). A HICE with optimized hydrogen injection timing and pressure demonstrates significant enhancement of the power output.     

进气温度和过量空气系数对乙醇均质压燃燃烧过程的影响

在一台经过改进的CA6110发动机上,进行了进气温度和过量空气系数对乙醇燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究．结果表明,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,指示效率提高,平均指示压力升高．当进气温度一定时,随着过量空气系数的减小,着火始点提前,燃烧持续期逐渐变短,压力升高率变大,缸内的最大燃烧压力变大,指示效率增加．     

Simulation of catalytic oxidation of lean hydrogen–methane mixtures

The combustion of preheated lean homogeneous mixtures of hydrogen with methane in air in a catalytic packed-bed reactor was modeled at atmospheric pressure. The non-equilibrium, one-dimensional model developed employs multi-step surface and gas-phase reactions and accounts for the three modes of heat transfer within the bed as well as for heat loss from the bed. The catalyst considered was platinum. It was demonstrated that the model could predict the effects of changes in operational conditions such as inlet mixture temperature, fuel composition and mixture equivalence ratio on the methane and hydrogen conversions, as well as species concentrations and gas temperature profiles along the bed. It was shown that the hydrogen is consumed completely within the early part of the reactor length in all the cases considered for simulations. It was also shown that the improving effect of hydrogen on methane conversion is particularly evident at relatively low inlet temperatures and for very lean mixtures. However, this effect diminishes significantly with increasing inlet temperature and equivalence ratio. It was also shown that the positive effect of hydrogen addition which is more pronounced at its low concentrations in the fuel mixture, decreases somewhat with a further increase of the hydrogen content. The displayed trends were in good agreement with the corresponding experimentally observed.     

Experimental study and chemical analysis of n-heptane homogeneous charge compression ignition combustion with port injection of reaction inhibitors

The control of ignition timing in the homogeneous charge compression ignition (HCCI) of n-heptane by port injection of reaction inhibitors was studied in a single-cylinder engine. Four suppression additives, methanol, ethanol, isopropanol, and methyl tert-butyl ether (MTBE), were used in the experiments. The effectiveness of inhibition of HCCI combustion with various additives was compared under the same equivalence ratio of total fuel and partial equivalence ratio of n-heptane. The experimental results show that the suppression effectiveness increases in the order MTBE < isopropanol ? ethanol < methanol. But ethanol is the best additive when the operating ranges, indicated thermal efficiency, and emissions are considered. For ethanol/n-heptane HCCI combustion, partial combustion may be observed when the mole ratio of ethanol to that of total fuel is larger than 0.20; misfires occur when the mole ratio of ethanol to that of total fuel larger than 0.25. Moreover, CO emissions strongly depend on the maximum combustion temperature, while HC emissions are mainly dominated by the mole ratio of ethanol to that of total fuel. To obtain chemical mechanistic informations relevant to the ignition behavior, detailed chemical kinetic analysis was conducted. The simulated results also confirmed the retarding of the ignition timing by ethanol addition. In addition, it can be found from the simulation that HCHO, CO, and C₂H₅OH could not be oxidized completely and are maintained at high levels if the partial combustion or misfire occurs (for example, for leaner fuel/air mixture).