喷射参数对柴油机预混燃烧和排放的影响

采用试验和数值模拟方法研究了中、小负荷下,喷油模式和喷油定时对柴油机预混燃烧和排放的影响.结果表明:小负荷(平均指示压力约为0.45,MPa)、单次喷油模式及喷油定时为35°,CA BTDC时,油束的撞壁位置将形成的混合气分为燃烧室上方和活塞凹坑两部分,可充分利用整个气缸内的空气形成均质混合气,此时的NOx排放最低.平均指示压力(IMEP)约为0.7,MPa时,采用单次喷油模式,喷油量增多,喷油持续期延长,混合时间缩短,碳烟、CO和UHC排放急剧升高;在混合时间和混合空间的共同作用下,喷油定时为35°,CA BTDC时获得最佳折中排放.IMEP约为0.7,MPa时,与单次喷油模式相比,采用多次喷油模式,将喷油量分为4个脉冲喷入缸内,增加了每个脉冲的混合时间,并且改善了燃氧混合空间,形成更均质的混合气,大幅降低了碳烟、CO和UHC排放;喷射定时为80、65、50和35°,,CA BTDC时获得最佳排放.     

EGR与喷油定时对柴油机预混燃烧颗粒排放的影响

采用试验方法研究了小负荷单次早喷射模式下EGR率和喷油定时对柴油机预混燃烧过程和颗粒排放的影响.结果表明:当喷油定时处于45°~35°,CA BTDC、EGR率不超过60%,时,积聚态颗粒物数浓度受EGR影响而增加的趋势较为缓慢,此时平均粒径大小在50~60,nm;当EGR率超过60%,达到70%,时,积聚态颗粒物数浓度急剧增加,此时数浓度的最大值所对应的平均粒径却减小到30~40,nm.当喷油定时处于30°~26°,CA BTDC时,积聚态颗粒物数浓度受EGR影响并不明显.随着喷油定时的推迟,核态颗粒物数浓度逐渐升高.当ηEGR≤60%,,总颗粒物数浓度受EGR率变化影响不大,但随喷油定时的推迟呈现逐渐升高的趋势,与核态颗粒物变化趋势一致;当ηEGR60%,,总颗粒物数浓度随EGR率升高急剧增加,这是积聚态和核态颗粒物共同作用的结果.     

进气预混乙醇降低柴油机碳烟与NOx排放的试验研究

通过开发的控制系统在485QDI发动机上研究了不同喷嘴、不同喷油定时、不同喷醇的起点对发动机碳烟、NOx排放和经济性的影响。经过优化供油参数和喷醇起点的喷醇发动机与原柴油机进行的对比试验,证明采用进气预混乙醇发动机在碳烟、NOx排放明显优于原柴油机,经济性也好于原柴油机,并在柴油机燃用可再生的含氧燃料方面做了很多有益的探索。     

进气预混乙醇对柴油机碳烟与NOx排放的影响参数研究

在一台自然吸气式直喷柴油机上，按照组合燃烧的要求．全面、系统地研究了不同喷嘴孔径、不同供油定时、不同喷醇的始点对发动机碳烟、NOx排放以及经济性的影响．研究结果表明，为了获得更低的碳烟和NOx排放以及优越的能量经济性，与燃用纯柴油的发动机相比，采用进气预混乙醇的组合燃烧发动机的柴油供油定时可以稍迟或保持不变，燃油喷嘴的孔径应适当减小，预混乙醇的发动机负荷起点应适中．     

汽油、正丁醇掺混柴油对部分预混压燃的燃烧和排放影响

通过一台高压共轨重型柴油机,使用汽油/柴油和正丁醇/柴油掺混燃料,掺混比例为40%、60%和80%(体积分数),研究了平均有效压力(BMEP)为0.48 MPa和0.95 MPa工况下汽油和正丁醇燃料掺混对柴油部分预混压燃(PPCI)模式的燃烧和排放影响.结果表明:随着汽油和正丁醇掺混比例的提高,滞燃期明显延长,更大程度地将喷油与燃烧过程分离,实现高比例预混燃烧.在BMEP为0.48 MPa工况下,各比例掺混燃料均易实现高比例预混燃烧,掺混比例为40%结合EGR即可满足欧Ⅵ排放限值,而掺混比例为80%时燃烧则受到压力升高率极限和燃烧效率恶化的约束.随BMEP升至0.95 MPa,各燃料滞燃期缩短、预混燃烧比例明显降低,掺混比例为40%和60%时,各掺混燃料均呈明显的扩散燃烧过程.相比于汽油,正丁醇掺混燃料在较低掺混比例可获得更低的有效燃油消耗率(BSFC)和soot排放,正丁醇以高掺混比例(80%)结合中等EGR率实现了87%的预混燃烧比例,NOx以及颗粒物排放分别为0.4 g/(kW·h)和0.001 5 g/(kW·h).     

汽油/柴油双燃料高比例预混压燃燃烧与排放的试验

对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式的燃烧及排放特性进行了初步的试验研究.结果表明,通过改变柴油的喷射时刻、汽油比例,HPCC呈现出由多种燃烧模式组成的复合燃烧模式,可以实现极低的NOx和碳烟排放,并能保持较高的热效率.试验工况下,汽油比例为50%时,柴油喷油时刻在-58～-6,°CA ATDC时热效率较高,喷油时刻在-49,°CA ATDC和-16,°CA ATDC时分别出现碳烟和NOx排放峰值.进气压力影响HPCC着火滞燃期、燃烧反应速度和"失火"与"爆震"燃烧汽油比例限值,提高进气压力可以提高汽油比例,实现超低的NOx和碳烟排放,并降低HC排放,但CO排放有所升高.随着汽油比例的增加,NOx与碳烟排放降低,对于IMEP为0.5,MPa、汽油比例大于50%时,两者的原始排放分别低于0.4,g/(kW.h)、0.06,FSN,但HC和CO排放升高.     

乙醇预混与PODE直喷复合燃烧的气体排放特性

为了控制压燃式发动机的气体排放,在一台增压中冷共轨发动机上对聚甲氧基二甲醚(PODE)引燃乙醇均质充量的复合燃烧性能及其气体排放特性进行了研究.结果表明:随着进气道预混乙醇比例增加,复合燃烧滞燃期被延长,其预混燃烧量与放热率峰值增大,扩散燃烧量降低;复合燃烧的NO_x排放随着预混乙醇比例增加而降低,但m(NO_2)/m(NO_x)值显著增大,经过氧化催化转换器(DOC)后,纯PODE燃烧的m(NO_2)/m(NO_x)值增大而复合燃烧的m(NO_2)/m(NO_x)值减小;复合燃烧的HC、CO、甲醛和乙醛排放量均明显高于纯PODE燃烧,且随着预混乙醇比例增加而增大,但可以被DOC高效氧化.复合燃烧的HC、CO和NO_x排放量经过DOC后均明显低于纯PODE燃烧的排放,而甲醛、乙醛和NO_2排放量与纯PODE燃烧时处于同一水平.     

掺氢对汽油预混燃烧特性的影响

为研究掺氢比和初始压力对汽油层流燃烧特性的影响,在定容燃烧试验系统内对初始温度为400 K,初始压力为0.10 MPa、0.15 MPa和0.20 MPa,掺氢比为0％、5％、25％、50％、75％、100％,当量比在0.7～1.6范围的汽油/H2混合气进行预混层流燃烧特性的试验研究,通过高速纹影图像采集系统记录了混合...     

预喷对重载柴油机燃烧与排放影响的试验

基于内窥镜测量技术,在一台6缸高压共轨重载柴油机上研究了预喷正时、预喷油量与EGR率等对燃烧放热、排放物生成的影响作用.对柴油机缸内燃烧过程中的火焰图像进行了采集,并且通过双色法计算得到了碳烟颗粒场分布图像.结果表明:随预喷正时延迟,缸内峰值压力升高,预喷燃烧的两阶段放热现象消失,预喷燃烧的火焰亮度加强,NOx和碳烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷燃烧的放热率和火焰亮度升高,NOx和HC排放增大,而碳烟和CO排放降低;随EGR率提高,预混燃烧强度变弱并且开始呈现两阶段放热现象,主燃烧始点滞后,NOx排放显著降低,但碳烟、HC和CO排放升高.采用内窥镜测量可以更方便准确地了解发动机实际运行工况下缸内燃烧特性.     

柴油燃料特性对重型柴油机燃烧和排放影响的试验

在一台电控高压共轨重型柴油机上,选择5种不同十六烷值(CN)柴油(CN为29、40、44、53和62)进行欧洲稳态测试循环(ESC)测试.结果表明:在25%,负荷下,燃烧放热始点随十六烷值降低而推迟,最大爆发压力和最大压升率明显增大;负荷增大后,十六烷值对放热始点影响变小,在75%,和100%,负荷下,只有CN为29的燃料放热时刻推迟,其余4种燃料缸内压力和放热规律受十六烷值影响很小.随十六烷值降低,有效燃油消耗率增大,但不同燃料有效热效率差异很小,因而低十六烷值燃料较高的燃油消耗是由其较低的热值造成的.随十六烷值降低,NO_x、soot、HC和CO排放增大,在小负荷工况,十六烷值变化对排放影响更显著.ESC十三工况加权结果表明,CN从62减到29,有效燃油消耗率增加5.6%,,NO_x排放增加23%,,soot排放增加300%,,HC和CO排放增加50%,.     

混合燃烧时汽油含量对发动机燃烧和排放的影响

在高压共轨增压中冷压燃式柴油机上加装汽油进气道喷射系统,试验研究汽柴油混合燃烧时汽油的质量分数对发动机燃烧和排放的影响。结果表明:发动机转速为1738 r/min时,随着汽油质量分数的增加,不同负荷下发动机的燃烧呈现不同的趋势,滞燃期变长,燃烧持续期变短,发动机燃烧的等容度和最大压升率增加;随着汽油质量分数的增加,碳烟和NO_x的排放大幅度减少,但是HC和CO的排放大幅升高,需加装柴油氧化催化(diesel oxidation catalyst,DOC)以降低HC和CO的排放。     

含氧燃料对柴油机燃烧和排放的影响

在一台自然吸气的四缸柴油机台架上研究了含氧燃料对柴油机燃烧特性和气态-颗粒态污染物排放特性的影响,并使用微震荡天平、热光碳分析仪以及热扩散管联用扫描电迁移率粒径谱仪等3种相互独立的测试手段,测定了柴油机颗粒态有机成分的总排放,分析了含氧燃料对颗粒态有机成分的影响情况.最后,讨论了以上3种测试方法在颗粒质量测试方面的一致性,并提出了一种全新的在线测试颗粒态有机成分质量的方法.     

正丁醇对柴油机低温燃烧和排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上,研究了柴油中掺入正丁醇燃料在不同EGR率、进气压力下对燃烧、性能和排放的影响.结果表明,柴油中添加正丁醇燃料使着火滞燃期延长,缸内最大爆发压力和燃烧温度下降,低温燃烧"失火"的EGR率降低,指示油耗减少,燃油经济性改善;正丁醇可明显降低碳烟排放,使烟度随EGR率变化趋势更加"平坦",烟度峰值对应的EGR率,变低,正丁醇比例越高,烟度越低;正丁醇对气体排放的影响与进气压力有关,正丁醇可以有效降低NOx排放,进气压力越大,正丁醇降低NOx的效果越明显;进气压力为0.15 MPa时,正丁醇比例越大,CO排放越低,但进气压力为0.24 MPa时,B20燃料CO排放最高;正丁醇对THC排放影响不大,但B20燃料在高EGR率条件下,其THC排放明显增大.因此,柴油燃料添加正丁醇是降低低温燃烧烟度和NOx排放,改善低温燃烧性能的有效途径.     

压缩比对汽油HCCI燃烧和排放特性的影响

通过优化动力技术对一台四缸汽油机进行改造设计,实现均质混合气压燃(HCCI),考察了压缩比对汽油机HCCI负荷拓展及冷却液和进气温度对HCCI燃烧排放特性的影响。试验结果表明:提高压缩比可以在更低的进气温度下实现SI/HCCI燃烧模式的切换,CO排放升高,HC排放下降,NOx排放呈下降趋势,且在高负荷工况时下降得更加明显。在压缩比为15时,HCCI汽油发动机可以在1 200~3 600r/min转速范围内实现稳定燃烧,提高压缩比有效拓展了HCCI发动机负荷范围。随着进气温度及冷却液温度的升高,燃烧相位提前,燃烧持续期缩短,缸内压力、放热率及温度升高;缸内循环变动率减小,实现更稳定的HCCI燃烧;CO、HC排放也随之降低,但NOx排放有升高趋势。     

甲醇/乙醇/汽油HCCI燃烧和排放特性对比

在Ricardo单缸四冲程汽油机上采用内部废气再循环策略,实现了汽油、乙醇和甲醇的HCCI燃烧,并对比了这3种燃料HCCI的燃烧和排放特性。结果表明:在HCCI燃烧模式下,醇类燃料与汽油相比有更多的燃料参与了低温反应,有利于化学动力学反应的进行,因此醇类燃料提前着火时刻,缩短燃烧持续期,降低发动机的燃烧温度;在相同的发动机转速和空燃比条件下,醇类燃料可以极大地降低发动机的NOx排放,特别是甲醇的NOx排放最低可达2×10-6;并且醇类燃料更有利于稀燃,适用于中高速的发动机工况。     

直喷式柴油机的预混燃烧

本文研究若干影响小型高速直喷式柴油机预混燃烧的因素并评定预混燃烧对该机排气污染的影响。预混燃烧及扩散燃烧特性采用单区放热分析法测定。发现预混燃烧燃油量m_(pR)与柴油机转速n 和滞燃期(?)i 的乘积成线性关系,而与总的喷油量mF(mg)基本上无关。因此,预混燃烧燃油的百分率β随n 的提高、燃空比的减小以及喷油正时的延迟而增加。HC 排放量与β关系不大。相反,发现NO_x 排放量随β的减少而增加,说明不是预混燃烧,而是扩散燃烧是产生NO_x 排放的主要原因。     

重型柴油机部分预混压燃模式的燃烧与排放特性

在一台6缸涡轮增压重型柴油机上,基于单次喷射方式,通过调节喷油正时,结合EGR技术,实现了柴油机的部分预混压燃,分析了其燃烧放热特性随喷油正时、EGR、喷射压力和负荷的变化,研究了影响控制混合期与滞燃期的因素及其影响规律.结果表明:部分预混压燃(PPCI)燃烧模式兼具预混燃烧和低温燃烧的特征,是碳烟和NOx同时降低的重要因素,但低温燃烧和稀薄的混合气易于导致燃烧不完全,喷油推迟较晚时引起HC和CO排放显著增加,并引起燃油消耗率增大.这种PPCI模式下,提高喷射压力对NOx和碳烟排放的影响作用不明显,单纯增大喷油压力并不能改善PPCI模式的燃油经济性.当负荷提高至50%以上时,对于早喷预混模式已呈现扩散燃烧阶段,导致NOx和碳烟排放均增大.