双燃料发动机的燃烧模型

针对双燃料发动机燃烧特性，建立了柴油喷雾扩散燃烧子模型和气体燃烧均质混合气火焰传播燃烧子模型，应用该模型研究了双燃料发动机燃烧机理，计算结果和实验结果相当吻合。计算表明：当引燃柴油比例较大时，双燃料发动机燃烧过程以喷雾混合控制燃烧为主，柴油喷雾扩散燃烧模型与实测较吻合；当柴油比例较小时，该过程以均质混合气火焰传播燃烧为主，均质混合气火焰传播燃烧模型与实测软吻合。计算结果表明，引燃柴油量对双燃料发动机性能影响较大，引燃柴油减少，着火滞燃期延长，缸内最大爆发压力升高。     

最大扭矩转速下天然气发动机准均质压燃特性的研究

由少量柴油引燃均匀天然气混合气,该种燃烧接近均质压燃燃烧过程,故可认为是准均质压燃过程。在发动机的最大扭矩转速下负荷特性的燃烧过程及排放物生成规律如何发展变化、具有何种特点,通过发动机缸内分析以及相应工况的排放测试,对发动机的各工况燃烧特性及对排放物生成的影响进行了研究。     

米勒循环拓展均质压燃燃烧负荷范围的计算

针对柴油均质压燃燃烧中的压缩上止点喷射模式容易产生燃油附壁的特点,建立了基于喷雾、燃油附壁、油膜蒸发和燃烧等一系列过程的数学模型,利用该模型对135单缸柴油机进行了校核计算.在校核模型基础上完成了米勒循环拓展早喷模式均质压燃燃烧发动机负荷范围的计算,结果表明:在较低进气压力下(绝对压力小于0.14,MPa),最高燃烧温度是拓展负荷范围的限制条件;在较高的进气压力下(绝对压力大于0.14,MPa),最大压升率成为主要限制条件.通过过量空气系数与增压压力的匹配关系,实现维持排放水平的前提下拓展均质压燃燃烧发动机负荷,最大平均指示压力从0.889,MPa提高到1.029,MPa.     

柴油引燃天然气发动机燃烧模型的研究

分析了均质充气柴油引燃天然气发动机的燃烧过程，以简单的一步表观反应动力学概念的阿伦纽斯(Arrhenius)公式为基础，综合湍流对化学动力学的影响，提出了一个新的燃烧模型。通过试验对模型进行了验证。此外对双燃料发动机的燃烧过程进行了分析，发现了柴油引燃的天然气发动机燃烧过程具有两阶段特性，即：第一阶段以迅速扩展的均匀温度梯度区为主要特征，第二阶段呈现均质压燃的燃烧特征。分析结果表明，双燃料发动机的燃烧是有别于传统发动机燃烧和均质压燃燃烧的一种独特燃烧现象。     

二甲醚柴油各组分含量数值模拟研究

为了实现发动杌的清洁、高效燃烧,二甲基醚作为压燃式发动机的代用燃料已经引起了国内外的广泛关注.本文在KIVA源程序中向燃料库添加液态DME的各种物性参数数据模块等以建立二甲醚燃料库,针对二甲醚燃料建立了油束模型和燃烧模型,并把这些数学模型耦合入KIVA后形成子程序并建立了二甲醚燃烧数值仿真计算平台.利用建立的平台计算了燃烧二甲醚柴油时的各组分含量.数值模拟表明:仿真结果与试验结果相同,所建立的二甲醚燃烧过程数值模拟平台具有一定的实用性.结果表明:燃用二甲醚的发动机与燃用柴油比较,缸内组分CO、CO2量较少.     

DME／CNG双燃料均质压燃发动机性能试验研究

研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃发动机性能和排放特性.结果表明,采用高十六烷值燃料二甲基醚和高辛烷值燃料天然气,可以拓宽均质压燃的运行工况范围.均质压燃发动机在中等负荷工况,热效率比传统压燃式发动机高.小负荷工况,采用二甲醚和大比例EGR方案可以提高热效率.和传统压燃式或点燃式发动机不同,均质压燃发动机的着火始点对经济性影响不大.均质压燃发动机的NOx排放极低,比原机降低95%以上.随着二甲基醚浓度增加,NOx排放增加,HC和CO排放降低;接近爆震燃烧区域,NOx排放急剧升高,而接近稀燃极限区域,HC和CO排放急剧升高,发动机热效率降低.     

辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性和性能的影响

通过不同比例的正庚烷和异辛烷混合得到不同辛烷值的混合燃料，在一台单缸直喷式柴油机上研究燃料辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性、性能和排放特性的影响．研究结果表明，燃料辛烷值增加，着火始点推迟，燃烧反应速率降低，缸内爆发压力降低．燃料辛烷值增高，均质压燃向大负荷工况拓宽，燃料辛烷值较高时，存在极限转速，辛烷值增加，极限转速降低．对于每一工况，存在一个最佳经济性的燃料辛烷值，负荷增大，最佳辛烷值增高；随着燃料辛烷值增高，发动机NO、HC和CO排放增加，尤其是HC排放增加更为明显．对于均质压燃发动机，低负荷工况适合燃用低辛烷值燃料，高负荷工况适合燃用高辛烷值燃料。     

基于排气氧浓度的车用生物柴油混合比例判断策略

提出了基于排气氧浓度的判断方法来判断车辆发动机实时燃用的生物柴油混合燃料的混合比例。根据燃烧及进排气过程质量守恒的原理推导出生物柴油混合比例关于排气氧含量、进气空气质量、喷油量等变量的计算模型,并建立了混合比例判断策。搭建了由发动机控制单元(engine control unit,ECU)、Mototron快速原型控制器等组成的生物柴油混合比例测量系统,采用五种不同已知混合比例的生物柴油进行发动机台架试验验证。研究结果表明:上述策略在中高负荷工况且燃用高混合比例生物柴油的条件下可以较准确地判断出生物柴油混合比例,在低负荷工况且燃用低混合比例生物柴油的条件下判断策略的精度较低。     

生物柴油发动机的排放特性研究

通过对柴油发动机燃用生物柴油与柴油的排放性能的试验研究表明,在发动机相同工况条件下,与燃用柴油相比,燃用生物柴油可改善发动机的燃烧过程,大幅降低HC、CO和微粒的排放,但NO_x和CO_2排放量有所增加.     

生物制气-柴油双燃料发动机放热规律试验研究

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,用作为以柴油引燃的双燃料发动机的主要燃料。测量生物制气-柴油双燃料发动机气缸压力,计算分析放热规律。双燃料发动机与燃用纯柴油时的发动机相比,燃烧始点延迟,最大燃烧压力降低,最大放热率和排气温度增加,后燃较严重。负荷增大时,双燃料发动机燃烧始点提前,最大燃烧放热率增高,最高燃烧温度升高,后燃较严重。供油提前角提前时,后燃减小,燃烧过程明显改善。     

双燃料发动机放热率计算和试验分析

提出了一个描述双燃料发动机燃烧特性的多区模型,模型将气体燃料的燃烧和引燃柴油的燃烧分别进行考虑。建立了由实测示功图求解双燃料发动机放热率的微分方程式,开发了计算双燃料发动机燃烧放热规律的软件,并在一台生物质气-柴油双燃料发动机上与传统柴油机放热率计算模型进行了试验验证和对比。研究和试验结果表明,用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏大,所计算的缸内工质平均温度偏高,新模型计算的结果与实际情况更吻合。     

Experimental study of the performances of a modified diesel engine operating in homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion mode versus the original diesel combustion mode

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion mode provides very low NO_x and soot emissions; however, it has some challenges associated with hydrocarbon (HC) emissions, fuel consumption, difficult control of start of ignition and bad behaviour to high loads. Cooled exhaust gas recirculation (EGR) is a common way to control in-cylinder NO_x production in diesel and HCCI combustion mode. However EGR has different effects on combustion and emissions, which are difficult to distinguish. This work is intended to characterize an engine that has been modified from the base diesel engine (FL1 906 DEUTZ-DITER) to work in HCCI combustion mode. It shows the experimental results for the modified diesel engine in HCCI combustion mode fueled with commercial diesel fuel compared to the diesel engine mode. An experimental installation, in conjunction with systematic tests to determine the optimum crank angle of fuel injection, has been used to measure the evolution of the cylinder pressure and to get an estimate of the heat release rate from a single-zone numerical model. From these the angle of start of combustion has been obtained. The performances and emissions of HC, CO and the huge reduction of NO_x and smoke emissions of the engine are presented. These results have allowed a deeper analysis of the effects of external EGR on the HCCI operation mode, on some engine design parameters and also on NO_x emission reduction.     

一种研究发动机燃烧过程的多功能可视化实验装置

介绍一种多功能可视化实验装置，本装置包括光学发动机、进气系统、光学系统、数据采集以及控制系统，利用本套装置可以实现对包括纯柴油、柴油/天然气双燃料，醇类燃料以及进气添加惰性气体等多种情况的发动机喷雾，着火以及燃烧特性进行可视化研究，同时本装置还可实现对燃烧过程的燃烧压力进行实时记录，给出全面的燃烧特性分析结果。     

气门正时对柴油燃料HCCI燃烧影响的初步实验研究

开发了变进排气正时控制机构,实现气门正时的调节,采用在进气上止点前进行柴油燃料的喷射,利用缸内残余高温废气余热加速燃油蒸发,实现了柴油燃料的HCCI燃烧,同时,研究了不同气门重叠期下HCCI燃烧的燃烧特性,不同负荷的工作稳定性和排放特性,结果表明,对于低温自燃性好的柴油燃料,排气门早关和进气门晚开引起的缸内温度升高比由此引起的残余废气增加对工质的稀释效果更大,使HCCI燃烧的着火始点提前,易引起大负荷工况HCCI燃烧的工作粗暴,但有利于小负荷工况HCCI燃烧的工作稳定性。     

Exergy analysis of diesel/biodiesel combustion in a homogenous charge compression ignition (HCCI) engine using three-dimensional model

Exergy analysis gives the presentation of a system relative to its best performance. In addition, the exergy destructed can react with its surrounding and harm environment processes. This study investigated the effect of biodiesel fuel blended with diesel fuel (i.e. 0%, 20%, and 50% blending of biodiesel fuel with conventional diesel fuel) on various exergy terms in an HCCI engine. To model the energy balance a 3-D CFD code was utilized. Using energy and combustion analyses results, the researchers calculated various exergy terms by developing a FORTRAN based code. To ensure the integrity of modeling, the results of the in-cylinder pressure and heat release rate were compared with the experimental results for pure diesel fuel. This comparison indicated a good agreement between the two. With crank position at three fuel compositions, different rates of exergy and cumulative exergy terms were identified and calculated separately. With the increase in the biodiesel volume percentage from 0% to 20% and 50%, exergy efficiency increased by 4.9% and 5.7%. Also, the cumulative heat loss exergy decreased by 4.4% and 9.7%, respectively.     

An integrated model for negative valve overlap early injection HCCI combustion

Using exhaust top dead center injection (ETCI) mode to realize homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion would cause fuel wall wetting and combustion efficiency reduction, and there is no effective one-dimension simulation model to calculate and analyze the fuel wall wetting and evaporation process. In the research, a new type of integrated model is developed for the new application, HCCI combustion simulation based on ETCI mode. The model includes the following sub-models: fuel injection model, impingement model, film evaporation model, and combustion model. The improved Hiroyasu model and the Bai's model are coupled with homogenous combustion model and film evaporation model to calculate impingement fuel evaporation. The developed model is validated by experiment in a single cylinder diesel engine with ETCI combustion mode. The simulation and experimental results show that, film evaporation is mainly related to cylinder gas temperature and wall temperature, and there is an evident two stage heating process. The cumulate heat release rate is linear with exhaust valve closing (EVC) timing and wall temperature. The burned fuel fraction increases by 6 percent as the EVC timing advances by every 10 °CA, and increases by 4 percent as the wall temperature increases by every 50 K. The cumulate heat release rate decreases with the increase of boosting pressure, and the higher the boosting pressure, the smaller the decrease degree of cumulate heat release rate is.     

变配气正时对HCCI燃烧的影响研究

试验研究了变进排气正时对缸内早喷柴油均质充量压燃燃烧(HCCI)的影响。柴油在排气上止点附近喷入缸内,研究改变进排气门负重叠期对HCCI燃烧放热率、排放及综合性能的影响。试验研究结果表明,增大气门负重叠期,有利于早喷燃油的快速蒸发和均质混合气的形成,有利于减少柴油湿壁,但是容易使燃烧相位提前,易于产生爆振。增加气门负重叠期,HCCI燃烧的运行范围向低工况扩展,但是中高负荷受到限制。在HCCI燃烧可运行范围内,有害排放产物和指示油耗均下降。     

缸内直喷汽油机HCCI燃烧对压缩比和辛烷值的适应性研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用多次燃油喷射和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了SI/HCCI复合燃烧方式。研究了不同压缩比和辛烷值对均质混合气压燃（HCCI）燃烧排放特性的影响。结果表明,汽油HCCI燃烧呈现单阶段燃烧燃料特性,HCCI着火发生在上止点附近时油耗低。低压缩比下,HCCI燃烧可以在较浓空燃比下工作,NOx排放较高。高辛烷值燃料HCCI燃烧可运行的负荷范围窄。汽油HCCI发动机在偏高压缩比条件下燃用偏低辛烷值汽油可以获得较好的经济性和排放性能。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃的燃烧特性

应用零维热力学模型和化学反应动力学模型计算并分析了二甲基醚(DME)／天然气(CNG)双燃料均质压燃(HCCI)运行工况范围，计算与试验结果相吻合．采用DME／CNG双燃料方式可以有效地扩展HCCI的运行工况范围，发动机转速为1400r／min，最大平均有效压力可达O．52MPa．在一台单缸直喷式柴油机上进行了DME／CNG双燃料HCCI燃烧过程的试验研究，结果表明，DME／CNG双燃料燃烧过程表现出明显的两阶段放热过程，随着CNG浓度增大，缸内最大爆发压力增大，燃烧始点略有推迟，燃烧第二放热峰值增大．而DME浓度对燃烧过程的影响主要通过影响第一阶段放热过程，进而影响第二阶段放热，随着DME浓度加大，第一放热峰值增大，燃烧始点提前，导致第二放热峰值增大，缸内最大爆发压力增大，主燃期缩短，当DME浓度太高时，发动机将出现爆震．     

基于详细化学反应机理的增压二甲醚发动机燃烧与NO_x排放数值研究

使用KIVA-3V对增压柴油机和二甲醚发动机标定功率点的缸内燃烧过程与NOx排放进行了数值模拟研究.研究结果表明:计算所得的气缸压力和放热率曲线与实测值吻合较好.对缸内燃烧的温度分布计算表明:柴油燃烧滞燃期为2.5 °CA左右,二甲醚为1.5 °CA.柴油燃料着火始于喷雾前端两侧,在燃烧初期,其高温区分布在喷雾前端一侧,且在燃烧室内气流作用下沿垂直于喷雾方向扩散;二甲醚的着火点位于喷嘴附近,随喷雾的进行,其燃烧高温区从喷嘴附近一直延伸到喷雾前端,呈现狭长的高温带.在扩散燃烧后期,与柴油相比,二甲醚燃烧温度分布较均匀,且最高温度比柴油低.选用的9步NOx生成机理可较好地预测发动机实际运行中NOx排放水平.