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。     

柴油/天然气双燃料发动机燃烧过程数值模拟

通过建立三维计算流体动力学(CFD)柴油/天然气双燃料喷射模型,研究不同EGR率对高压直喷(HPDI)发动机燃烧和排放特性的影响.结果表明:高温区主要是由柴油引燃的天然气射流燃烧形成.另外,由于喷射的天然气与燃烧室边缘碰撞,高温区域被分成两个部分:一部分进入燃烧室凹坑区并形成顺时针旋转的滚流;另一部分进入挤流区与新鲜空气进一步混合燃烧.NO的形成区域与天然气射流中心线形成的高温区基本重合.在挤流区,由于燃料的氧化速率和停留时间有限,因而产生了较多的CO.此外,HPDI发动机的颗粒物(PM)形成区域与CO形成区域大致相同,这是由燃料的低氧化率造成的.随着EGR率增加,NO排放降低,而CO和PM排放随之增加.     

天然气/柴油双燃料发动机燃料喷射及着火特性

基于计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE模拟了缸内高压直喷式柴油微引燃液化天然气(LNG)发动机的燃料喷射混合以及着火过程,校核和验证了湍流模型对模拟结果的影响,分析了天然气喷射正时、天然气喷射持续期及柴油与天然气射流中心轴线的夹角对缸内柴油和天然气射流发展、混合和着火的影响.结果表明:Smagorinsky大...     

缸内直喷天然气低速船机压力振荡抑制方法数值研究

基于计算流体力学(CFD)软件CONVERGE建立了大型低速2冲程柴油引燃缸内直喷天然气船用发动机燃烧仿真模型。首先通过试验结果对模型进行了验证,进而开展了天然气高压喷射模式(high pressure direct injection,HPDI)下米勒循环和天然气两次喷射策略对发动机压力振荡的抑制效果研究。结果表明,推迟排气门关闭时刻,整体燃烧压力降低,燃烧相位推迟,发生剧烈压力振荡的时刻也推迟。排气门关闭时刻推迟较小时压力振荡强度降低,但过度推迟反而提高缸内压力振荡的强度,这主要是缸内热力学状态变化和燃料自燃特性相互作用的结果。通过调整预喷射量,可以降低燃烧前形成的可燃混合气量,从而影响燃烧过程中预混合燃烧比例,可以有效抑制压力振荡.但会导致输出功率降低及能耗增大。相比预喷射量,喷射间隔对缸内压力振荡的影响较小,但过大喷射间隔会影响燃烧相位,导致功率损失严重。合理的喷射策略可以在抑制压力振荡的同时保证功率输出。     

乙醇DI/汽油PFI发动机性能与排放特性

基于一台点燃式发动机,对缸内直喷(DI)乙醇和进气道喷射(PFI)汽油的复合喷射方式进行了研究.与传统喷油模式相比,采用乙醇-汽油复合喷射能够提升发动机动力性.随直喷乙醇比例增加,缸内爆发压力升高;受乙醇燃烧速率和缸内冷却效果的综合影响,着火滞燃期和燃烧持续期先缩短后延长.最佳点火时刻下,单一汽油喷射(PFI和GDI)爆震频次超过10%,,发动机发生轻微爆震,而复合喷射乙醇比例超过20%,可消除爆震;随直喷乙醇比例增加,循环波动系数降低,当量燃油消耗率降低,指示热效率提高,复合喷射相对PFI可提高发动机热效率3.8%,;同时,能够有效降低NOx和HC常规气体排放物.通过采用相对较高的缸内直喷乙醇比例,复合喷射能够提高发动机热效率及抑制爆震并降低常规气体排放物.     

基于电流反馈控制的天然气喷射阀高低压 分时驱动电路的设计和试验

在分析和测试单电源天然气喷射阀驱动控制电路性能不足的基础上,提出了一种基于电流反馈高低压分时驱动天然气喷射阀的电路方案,并利用UC3843开关电源芯片实现大功率升压斩波(Boost)型电源模块的设计。基于天然气喷射阀供气量测试台架系统,测试天然气喷射阀在发动机不同转速和喷射脉宽下两种控制方案的供气量,试验结果表明电流反馈高低压分时驱动天然气喷射阀的流量平均相比单电源驱动提升了23.73%,流量线性度得到明显提高。     

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。     

基于喷孔布置及喷射参数协调控制的双直喷发动机燃烧及碳烟排放特性研究北大核心CSCD

通过建立三维计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)柴油/天然气双直喷模型耦合多组分混合物简化化学动力学机理及现象学碳烟模型,模拟研究了天然气射流中心轴线与水平方向夹角α、天然气喷射持续期(natural gas injection duration,NID)的协调作用对柴油微引高压直喷天然气发动机燃烧过程及碳烟生成、氧化过程的影响。结果表明:缩短NID可提高扩散火焰的传播速度,增加燃烧区域的化学反应速率,且最高燃烧压力、峰值放热率、最大压力升高率(maximum pressure rise rate,MPRR)、指示热效率(indicated thermal efficiency,ITE)升高;随NID缩短,A_(4)、C_(2)H_(2)消耗反应速率增加,OH生成峰值增加,碳烟生成降低而氧化增强。增大α促进了大尺度涡旋结构的生成,降低了进入挤气区域的燃料比例,同时利于ITE的改善;较短的NID下,增大α后最高燃烧压力、峰值放热率提升明显;α增大至20°可显著降低A_(4)、C_(2)H_(2)生成峰值,抑制碳烟成核及表面生长反应,降低碳烟生成。综合考虑最高燃烧压力、ITE、MPRR及碳烟排放,确定两个优化方案分别为:α=15°&NID=16.5°及α=20°&NID=21.5°。     

PODE_n/柴油对重型柴油机燃烧与排放的试验

针对一台多缸重型柴油机,围绕进气和燃油喷射系统,研究了可变截面涡轮增压器(VGT)、燃油喷射参数(燃油喷射压力、喷油器流量)对聚甲氧基二甲醚(PODE_n)/柴油混合燃料低温燃烧方式的影响.结果表明:PODE_n/柴油混合燃料可以改善燃烧,降低排放.随着负荷的增加,VGT开度逐渐增大,在进气量充足的情况下,增加VGT开度有助于改善燃油消耗率.综合排放和有效热效率的影响,B25、B50和B100对应的最佳VGT开度分别为50%,、55%,和60%,.提高燃油喷射压力可以降低排放,但过高的燃油喷射压力会导致燃油消耗率升高,B25、B50和B100工况的最佳燃油喷射压力分别为140、160和175,MPa.提高喷油器流量可以缩短燃油喷射持续期和燃烧持续期,提高扩散燃烧速率,排放和有效热效率同时得到改善.     

预喷策略对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响

通过一台6缸直喷、高压共轨柴油机改装成的柴油引燃天然气发动机.试验研究预喷正时和预喷油量对燃烧参数和性能参数的影响,结果表明:相对单次喷射,较晚的预喷正时(30°CA BTDC)能提高发动机有效热效率(BTE),降低HC、CO排放,但NOx排放恶化,而较早的预喷正时(60°CA BTDC)能够在提高发动机BTE的同时,降低HC、CO排放,并且NOx排放基本保持不变;当预喷正时为60°CA BTDC,预喷油量适当增多(3~5 mg/cyc)能进一步提高发动机BTE,降低HC、CO和NOx排放;预喷油量进一步增加(6~7 mg/cyc),NOx排放恶化,并且由于着火相位波动导致燃烧稳定性变差.改善双燃料发动机燃烧和排放特性一方面要增加预喷柴油在可燃混合气中的分布,增大柴油与可燃混合气混合的时间,改善混合气的活性,进而提高燃烧速率;另一方面要强化主喷柴油喷射对着火相位的控制,防止着火相位不一致而恶化燃烧稳定性.     

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。     

携带SCR系统的柴油机排气管中生成沉积物的影响因素研究

以一台排量11.12L的柴油机为平台,研究了排气管中沉积物的生成过程,并对沉积物进行了热重试验。定量分析了排气温度、空速及尿素喷射速率对沉积物生成量的影响,应用正交设计方法确定各影响因素的权重系数。研究结果表明:在排气温度为330℃、空速为3×10 4h-1的情况下,以2600mL/h的速率持续喷射尿素水溶液5h后,柴油机排气管中形成的沉积物导致排气背压升高了1.4kPa,NOx转化效率降低了3%,且沉积物在700℃高温下才能完全分解。排气温度越低,空速越小,尿素喷射速率越高,越易生成沉积物。各影响因素的权重从大到小依次为:尿素喷射速率(0.39)空速(0.37)排气温度(0.24)。针对实车沉积物问题,在满足国-Ⅳ排放法规的前提下,通过二次标定降低经济运行工况的尿素喷射速率,将喷嘴前移2600mm,并用保温材料包裹排气管,运行车辆排气管中再未发现沉积物。     

柴油引燃天然气发动机天然气射流特性

在定容弹上利用纹影法开展了不同喷射压力和喷射间隔下的天然气/柴油双燃料喷射中天然气射流特性研究,并结合PIV试验得到的天然气射流环境流场探讨了天然气射流和柴油喷雾相互作用过程.结果表明:天然气射流头部、中部、底部周围空气有不同的运动状态;天然气射流在贯穿柴油喷雾时会受其阻碍,使得射流贯穿距和锥角均减小;天然气喷射压力的提高会减弱柴油喷雾对天然气射流的影响;随着喷射间隔增大,柴油喷雾与天然气射流的相互作用减弱,柴油喷雾对天然气射流贯穿距和锥角的影响也随之减小.     

重型柴油车Urea-SCR系统尿素计量阀标定试验研究

选择催化还原(SCR)技术是降低车用柴油机NOX排放的有效措施。还原剂精确喷射控制技术是SCR技术应用的重点研究内容。对影响Urea-SCR系统计量阀喷射速率的各个因素进行了分析,并在试验研究的基础上对Urea-SCR系统中计量阀喷射MAP图进行了标定。     

扫气口角度对双燃料船机混合及燃烧的影响

针对一台低压喷射二冲程天然气/柴油双燃料发动机进行三维全尺寸模拟,研究了扫气口角度对天然气混合过程以及功率和排放的影响.结果表明:引燃油喷射前,天然气分布呈现出分层,其中扫气口角度θ20°时,天然气集中分布在活塞顶附近,呈"上下"分层;扫气口角度θ≥20°时,混合气浓区集中分布在气缸壁附近,呈"左右"分层,同时会出现天然气逃逸现象;适中的扫气口角度(θ=25°)有利于降低天然气消耗率,低于此值时预燃室附近天然气稀薄,火焰传播速度低,燃烧持续期长;高于此值时,燃烧相位前移,压缩负功增加.此外,当扫气口角度过小时,由于活塞顶部天然气过浓,会使NOx排放急剧增加,甚至超过TierⅢ排放法规的限值.     

船用直喷式天然气发动机喷射策略的优化

利用CONVERGE软件基于L23/30DF型船用天然气发动机建立了双天然气喷嘴、双引燃柴油喷嘴的直喷天然气发动机的缸内燃烧过程的CFD计算模型,计算了不同的柴油和天然气喷射时刻和间隔下发动机缸内燃烧和排放过程.结果 表明:引燃柴油的喷射时刻及其与天然气喷射时刻的间隔,对直喷式天然气发动机燃烧和排放性能有重要影响.当喷...     

柴油/天然气双燃料发动机数值优化

利用CONVERGE搭建了柴油/天然气双燃料发动机三维数值模拟平台,在大负荷工况下研究了压缩比和不同喷油策略对发动机燃烧性能的影响．研究结果表明,相同条件下,降低压缩比到14.8能够有效降低最大压升率,从而有助于进一步增大天然气的替代比例．采用单次喷射策略时,通过提高喷射压力并提前柴油直喷时刻,在最大压升率限值内,能在85%天然气替代比例的同时获得48.1%的热效率．采用两次喷射策略时,随着预喷油量的增加,缸内着火时刻提前．并且预喷时刻提前能够有效降低最大压升率．对比发现,与单次喷射策略相比,两次喷射策略能够实现更为灵活的缸内燃烧控制,获得90%的天然气替代比例．最终,两次喷油策略实现了48.4%的最高热效率．     

全电控双燃料发动机32位电控单元的开发

为了充分发挥柴油/天然气双燃料发动机降低排放的巨大潜力,必须对柴油和天然气等多个参数进行全程电子控制。为此,研究开发了基于32位单片机MC68332的电控单元（ECU）,该ECU具有强大的控制能力和丰富的管理功能,可实现柴油喷射量、天然气喷射量和喷射定时以及空气量,EGR量的电子控制。     

两次喷射参数及EGR对汽油压燃(GCI)燃烧及排放的影响

在一台由6缸重型柴油机改造而成的单缸试验发动机上进行了汽油压燃(GCI)的试验研究,在较高负荷下研究了两次喷射间隔、EGR率、喷射压力对GCI燃烧和排放的影响.结果表明:较小的两次喷射间隔虽然碳烟排放相对较高,但更有利于缩短第2次喷射的滞燃期、降低第2段预混放热速率和控制压力升高率;提高第1次喷射比例虽然会导致THC、CO升高,但可以获得更低的NO_x和碳烟排放,同时对最大压力升高率降低作用更加显著.因此,控制适当小的两次喷射间隔和适当大的第1次喷射比例可以在有效降低最大压力升高率的前提下获得良好的综合排放效果.增大EGR率可以有效降低NO_x排放,但对碳烟排放、指示热效率及最大压力升高率控制不利,所以要根据排放控制需要合理选择.适当提高喷射压力可以大幅降低碳烟排放,CO和THC排放也有所改善,有利于汽油压燃清洁燃烧的实现.     

天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用试验

在定容弹上利用高速摄影纹影法开展了不同环境压力和喷射压力下的天然气/柴油双燃料高压喷射射流特性试验.通过纹影照片得到了不同喷射压力和环境压力下的射流贯穿距、射流锥角和射流面积随时间变化的规律.结果表明:随着环境压力增大,天然气贯穿距和射流面积减小,射流锥角增大;随着天然气喷射压力增大,天然气射流贯穿距与射流面积增大,气体射流锥角逐渐减小.在较高环境压力和喷射压力情况下,双燃料喷射中的柴油射流对天然气射流的发展具有促进作用.当环境压力达到0.9,MPa时,双燃料射流中的气体射流锥角比单燃料射流高出12%,,双燃料射流中的气体射流贯穿距比单燃料射流整体低了5%,左右.