喷油策略对汽油压燃颗粒物排放特性的影响

在一台单缸柴油机上研究了喷油参数(预主喷间隔角、预喷比例、主喷时刻和喷油压力等)对汽油压燃(gasoline compression ignition,GCI)颗粒物排放特性的影响。研究结果表明:喷油策略对缸内油气混合及进一步对燃烧过程的影响是其影响颗粒物排放特性的主要因素。在设定的研究工况下,随预主喷间隔角增大,积聚态颗粒数量浓度下降,但核态颗粒数量浓度基本不变,颗粒物中的核态和超细颗粒比例明显升高;增大预喷比例,核态颗粒和积聚态颗粒数量浓度均大幅降低,颗粒物中的核态和超细颗粒比例变化较小;主喷时刻提前,颗粒物数量浓度下降,平均粒径减小,数量浓度峰值向小粒径方向偏移;提高喷油压力可有效降低积聚态颗粒数量浓度,缩小缸内生成颗粒物的粒径范围,但对核态颗粒的数量浓度影响较小。     

喷油参数对丁醇/柴油混合燃料燃烧及排放影响

针对高压共轨柴油机,研究了不同喷油压力和主预喷间隔角度下,正丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及颗粒物排放的影响规律.结果表明:柴油中掺混正丁醇后,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧持续期缩短,碳烟及颗粒物排放大幅降低,微粒粒径减小,核态微粒比例增加,NO_x排放变化不大.喷油压力由80MPa提高至100MPa,混合燃料消光烟度明显降低,继续提高喷油压力不但对碳烟排放降低作用减弱,还会进一步造成NO_x排放增加,同时核态微粒数量明显增加.主预喷间隔角度过小会造成主预喷燃油燃烧重叠,使碳烟排放增加,随主预喷间隔角度增加,总微粒、积聚态微粒数量浓度明显降低,核态微粒比例增加,当主预喷间隔角度增大到20°CA后,继续增大主预喷间隔角度对碳烟排放降低作用不明显.     

喷油时刻对柴油机富氧燃烧颗粒物排放特性的影响

为改善柴油机颗粒物排放问题,进行了柴油机富氧燃烧的试验.通过一台单缸高压共轨柴油机在不同的进气氧体积分数条件下研究了预喷时刻和主喷时刻对柴油机颗粒物排放的影响.采用DMS500型快速颗粒光谱仪测试分析了柴油机富氧燃烧排放颗粒物的数量浓度、质量浓度、粒径分布和几何平均直径.结果表明:随着预喷时刻提前,颗粒物数量浓度和质量浓度变化范围不大,几何平均粒径略有增大;随着主喷时刻推迟核态数量浓度减小,凝聚态数量浓度增加,颗粒物质量浓度增大,凝聚态质量浓度和几何平均粒径增大;进气氧体积分数增加,核态数量浓度增大,凝聚态数量浓度减少,颗粒物质量浓度下降,几何平均粒径减小.     

燃烧参数对柴油机噪声的影响

我们主要研究了燃烧参数对柴油机噪声的影响。首先,通过电控ECU改变转速、预喷开关、预喷油量、预喷间隔角、主喷提前角和轨压,研究其对怠速噪声的影响。结果表明,降低转速、增加预喷、合理的预喷参数和降低轨压都可以有效的降低柴油机整机怠速噪声,并且轨压的影响更为明显。其次,以轨压作为变量,研究了其对外特性工况噪声的影响。结果表明,在外特性工况下,轨压对整机噪声的影响较小。我们的研究主要为降低柴油机噪声提供一定的参考依据。     

喷油控制参数对柴油机燃烧噪声影响的试验研究

就不同的喷油控制参数对电控共轨柴油机燃烧噪声的影响进行了研究,柴油机在标定工况运行,通过改变喷油提前角、预喷油量和预喷与主喷时间间隔等控制策略,测量了柴油机顶部1 m处的噪声声压和噪声频谱,探讨燃油系统调整参数对柴油机燃烧噪声的变化规律,结果表明,随着喷油提前角的减小,柴油机噪声先降低再增大,上止点前17°曲轴转角(CA)喷油,噪声声压级最小;合适的预喷油量可以减小柴油机燃烧噪声,预喷油量过大或者过小都不利于燃烧噪声的控制;预喷与主喷时间间隔对燃烧噪声存在影响,时间间隔较小,燃烧噪声较大;预喷与主喷时间间隔较大时,主喷滞燃期增大,缸内压力升高率峰值增大,燃烧噪声升高。     

燃料物性和喷油策略对船用柴油机性能和排放影响的模拟研究

采用多维数值模拟的方法系统研究了不同燃油性质和喷油策略对船用柴油机性能和排放的影响。研究结果表明:无论使用重油还是轻油,采用顺序喷射、预喷和后喷都能在降低燃油消耗率的同时降低NO_x排放;顺序喷射方案能在两个喷油器的喷射间隔为4°时达到最低的燃油消耗率;大比例预喷匹配合适的主预喷间隔容易获得较低的燃油消耗率,小比例预喷匹配合适的主预喷间隔容易获得较低的NO_x排放;后喷策略对燃油消耗率改善不明显,随着主后喷间隔增大或者后喷油量的增加,燃油消耗率均呈现增加的趋势。     

餐饮废油基生物柴油对柴油机有害排放特性的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油机台架上，燃用纯柴油以及分别掺混10%、20%、30%餐饮废油制生物柴油的柴油/生物柴油混合燃料，研究生物柴油对柴油机燃烧及排放特性的影响。结果表明:生物柴油使发动机的预喷放热率略微下降，主喷放热率有所升高，缸压峰值随掺混比例的增大略有降低；燃用生物柴油使发动机的NO_x排放有所上升，HC排放略有下降，CO排放变化不大；低转速下核模态颗粒排放略微增加，积聚态颗粒数有所减少，高转速下核模态和积聚态颗粒数都减少；掺混生物柴油会增加发动机排气颗粒物的氧化活性，使得最大氧化速率温度降低，活化能降低；掺混生物柴油能够降低颗粒相多环芳烃的质量比排放。     

主喷和预喷参数对高压共轨柴油机高海拔燃烧特性的影响研究

利用内燃机高原环境模拟试验台,进行了柴油机高海拔燃烧模拟试验,研究了不同海拔下主喷和预喷参数对高压共轨柴油机燃烧特性的影响。结果表明:随海拔升高,滞燃期、最大压升率、放热率峰值上升明显,放热率重心推迟,柴油机动力性及工作噪音恶化。高原条件下,主喷定时、共轨压力、预喷间隔、预喷量等均会对高压共轨柴油机燃烧特性产生不同程度的影响。     

燃油喷射参数对发动机燃用生物柴油BD20燃烧特性的影响

以满足国-Ⅴ排放的某增压中冷高压共轨柴油机为试验样机,系统分析了预喷、主喷、后喷对该机燃用生物柴油BD20滞燃期、燃烧持续期、缸内压力、瞬时放热率、累计放热率、压力升高率等燃烧特性的影响。结果表明:滞燃期受预喷射和主喷射影响较大,后喷对滞燃期基本没有影响,且滞燃期随预喷油量的增加而变短,随预喷间隔角的增大呈先缩短后增长的变化趋势;主喷定时对燃烧持续期的影响较大,主喷定时推后,燃烧持续期缩短;发动机采用预喷可以使燃烧变得相对柔和,且预喷油量对缸压的影响大于预喷定时;发动机采用后喷,主燃烧前期和中期的燃烧特性参数基本没有变化,燃烧后期缸内压力降低且压力升高率及放热率增加,后喷提高燃烧后期的缸内温度;采用较大的预喷间隔角和适当提前主喷正时可以显著改善燃用BD20时的动力性,而预喷油量及后喷射对动力改善不明显。     

基于小型柴油机多喷油参数协同优化的试验研究

针对一款1.06 L非道路三阶段排放的卧式柴油机,以非道路四阶段稳态排放循环8个工况为基础,展开油轨压力、喷射正时、预喷—主喷间隔、预喷油量4个参数单因子变化和多因子协同变化对柴油机油耗和排放影响的试验研究。利用参数扫描法进行比油耗和NO_x等排放的多目标优化,使发动机排放达到非道路第四阶段法规的要求。通过分析各喷射参数对油耗和排放的敏感性,获得产品优化提升的指导方案。研究结果表明：喷射正时和轨压对柴油机有效燃油消耗率、NO_x排放及CO排放的影响较大,对碳氢化合物（HC）排放影响较小。预喷—主喷间隔和预喷量对燃烧热效率和CO排放影响较大,对其他排放影响微弱。合理设定轨压和喷射正时的标定组合,可获得最佳的NO_x排放与油耗的折中关系。此外,预喷可以有效降低HC排放。多参数协同优化后的8个工况排放加权结果为：颗粒物（particular matter, PM）排放为0.09 g/（kW·h）,HC+NO_x排放为4.17 g/（kW·h）,CO排放为1.46 g/（kW·h）,实现了产品优化升级并达到了“非四”排放法规的要求。     

柴油发动机标定参数对噪声的影响

本文通过对特定发动机试验所得结果的定性及定量探讨,论述验证了发动机四个标定参数:喷油轨压、喷油起始点、预喷油量、预喷与主喷间隔,在低功率段下,对燃烧噪声以及机外测得的声功率噪声的影响。     

不同喷射策略低温预混合燃烧模式排放试验

基于一台4缸增压柴油机,研究了不同喷射参数分别在单次喷射预混合燃烧(PPC)和预喷模式PPC下对发动机排放生成的影响,其中重点关注了颗粒物的排放特性.结果表明:单次喷射形成早期喷射PPC后可以显著降低颗粒物的数量、质量以及几何平均直径(GMD),但是当喷射正时过于提前,颗粒物数量又会上升到与常规模式相当.总体上,预喷可以显著地降低碳烟排放,但是当预喷正时提前到某一特定值时,如果继续提前预喷角,颗粒物质量、数量以及GMD将基本不变.提高预喷燃油比例,形成更高比例的预混合燃烧,颗粒物数量和质量可以同时下降,颗粒物GMD先增加后降低.单次喷射早喷PPC模式下NOx排放较高,相比之下采用预喷的方式却可以在降低碳烟排放的同时很好地控制NOx排放.早喷PPC模式下由于压缩阶段负功增加导致燃油消耗率急剧升高,而预喷模式下燃油消耗率随预喷正时的提前以及预喷燃油比的增加略有升高.     

后喷策略下喷油压力对柴油机缸内颗粒物粒径分布和形貌特征的影响

基于全气缸取样平台,运用称重法、发动机粒数粒径测试分析仪(EEPS)和透射电子显微镜(TEM)等手段对采集到的燃烧过程中的颗粒物进行分析处理,研究高压共轨柴油机在后喷策略下,喷油压力对于柴油机燃烧过程中颗粒物粒径分布和形貌特征的影响.实验结果表明:后喷的加入会延长燃烧持续期;当喷油压力由100,MPa上升到120,MPa时,缸内燃烧温度压力升高、燃烧始点提前,预混燃烧在整个燃烧过程中所占比例增大,生成颗粒物粒径分布特征由双峰变为单峰,粒子数密度和碳烟质量浓度均降低,除此之外增大喷油压力还会导致燃烧过程中生成的链状颗粒减少,分形维数增大,同时减小后喷对于燃烧持续期的影响.     

柴油机PN及NO_x排放特性影响因素的研究

为了研究柴油机颗粒数(PN)及NO_x排放特性的影响因素、程度和规律,以1台12 L车用重型柴油机为研究对象,分析了柴油机转速、扭矩、轨压、喷油提前角、中冷后进气压力和温度分别对PN和NO_x排放特性的影响规律。结果表明:在扭矩、轨压和喷油提前角一定的情况下,随着柴油机转速增大,PN排放逐渐增大,而NO_x比排放呈大幅下降趋势;在转速和轨压一定的条件下,随柴油机扭矩增大,PN排放先下降后上升,在1 400 N·m时出现拐点,而NO_x比排放逐渐减小;轨压、喷油提前角、中冷后进气压力和温度对PN排放和NO_x排放均有较大影响。     

柴油机高压共轨系统喷油规律试验分析

为研究高压电控共轨系统的喷油特性,利用EFS瞬时喷油测量仪试验台,采用位移法对Bosch高压电控共轨喷油系统进行了不同喷射压力、不同喷油提前角以及多次喷射的喷油规律试验研究。结果表明,喷油压力越高,喷油率越大且喷油持续期越短;当实现多次喷射时,预喷油量为一定值而预喷间隔改变时,预喷射位置的变化相当于在x轴上横向平移;而当预喷定时相同、预喷油量不同时,在喷油率曲线上显示为在相同位置上峰值不同的预喷射喷油率;后喷射情形与此类似。     

电控高压共轨柴油机怠速阶段排放控制的研究

在整个Ⅰ型排放试验中,怠速工况的参数设定十分关键,影响排放的因素及其规律为：怠速转速升高CO和HC呈上升趋势,而NOx呈下降趋势;发动机起动后继续加热一定时间能有效降低HC和CO的生成;轨压值降低,NOx的排放值下降,而HC和CO略有上升;预喷率的大小影响柴油机的燃油消耗、烟度和NOx的值,在怠速工况下采用较小的预喷油量可以获得较佳的排放值;主喷提前角增加,NOx逐渐升高,而HC和CO下降;随着预喷射和主喷射之间时间间隔的加长,HC和CO略有降低,而NOx却有升高的趋势;随着EGR阀开度的增加,CO升高,HC有先升后降的趋势,NOx有先降后升的趋势。     

电控高压共轨柴油机怠速阶段排放控制的研究

在整个Ⅰ型排放试验中,怠速工况的参数设定十分关键,影响排放的因素及其规律为:怠速转速升高CO和HC呈上升趋势,而NOx呈下降趋势;发动机起动后继续加热一定时间能有效降低HC和CO的生成;轨压值降低,NOx的排放值下降,而HC和CO略有上升;预喷率的大小影响柴油机的燃油消耗、烟度和NOx的值,在怠速工况下采用较小的预喷油量可以获得较佳的排放值;主喷提前角增加,NOx逐渐升高,而HC和CO下降;随着预喷射和主喷射之间时间间隔的加长,HC和CO略有降低,而NOx却有升高的趋势;随着EGR阀开度的增加,CO升高,HC有先升后降的趋势,NOx有先降后升的趋势.     

轨压和喷油提前角对柴油机排放影响的试验研究

以自吸式4缸直喷电控高压共轨柴油机为例,试验研究柴油机排放中NO_x和颗粒物随轨压和喷油提前角的变化规律。结果表明:一定喷油提前角范围内,NO_x排放随着轨压的增大而升高,烟度随着轨压的增大而降低;喷油提前角大于一定值时,NO_x排放与烟度受轨压影响较小;选择适当的喷油提前角并调整轨压能够有效降低NO_x排放及颗粒物排放,使柴油机排放满足要求。     

预喷射和掺混乙醇对柴油机性能及排放的影响

本文利用GT-Power软件建立了单缸柴油机的仿真模型,模拟研究了预主喷间隔、预喷油量和乙醇掺混比例对发动机性能和排放的影响。计算结果表明,预喷射能明显改善发动机的燃烧特性和排放性能,但扭矩和燃油消耗率变化不明显;预主喷间隔对发动机性能和排放的影响较小,预喷油量的增加会提高缸内压力和放热率峰值,造成NOx和碳烟排放增加;掺烧乙醇可以显著减少NOx和碳烟排放,提高缸内压力和放热率峰值,不过发动机的扭矩减小,油耗率增加;随着乙醇掺混比例增加,这些趋势进一步加强。柴油机采用预喷射和掺混乙醇相结合的策略,可以改善发动机的排放性能和燃烧特性,而且不会恶化动力性和经济性,是一种有效的技术方法。     

进气组分耦合预喷对柴油机燃烧过程影响模拟

通过高压共轨柴油机,基于正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化动力学机理耦合三维CFD模型,模拟研究不同进气组分(O_2、H_2和CO_2)耦合策略对发动机燃烧过程的影响.研究表明:当预-主喷间隔为4°,CA时,相比单次喷射,预喷使主喷滞燃期明显缩短(尤其掺H_2时),瞬时放热率峰值与最大压力升高率(MPRR)均降低;但随预-主喷间隔增大,预喷对主喷燃烧影响减弱.进气掺O_2时,富氧氛围使燃油充分燃烧,预-主喷间隔对NO和碳烟(soot)影响均较小.进气掺H_2和CO_2时,预喷使乙炔(C2H,2)和多环芳香烃芘(A4)生成增多,导致soot排放较单次喷射显著升高(尤其掺CO_2).但随预-主喷间隔增大,soot因主喷滞燃期延长而逐渐降低;对于进气掺H_2,预喷油量为10%,时,随主喷定时推迟,MPRR降低,soot升高;当预喷量增至20%,时,预喷燃烧会引起大量H_2早燃放热,削弱主喷定时对主喷燃烧的影响,MPRR因燃烧重心前移仍较高.因而进气掺H_2,预喷比例不宜过高,且喷油定时应适当推迟.