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。     

基于PLS的喷油参数对共轨柴油机颗粒物排放特性影响研究

基于偏最小二乘法(partial least-squares regression,PLS)对影响高压共轨柴油机颗粒物排放特性的多次喷油参数进行了回归分析,研究了轨压、主喷正时和预(后)喷间隔、预(后)喷油量各喷油参数对柴油机颗粒物数量浓度、核态颗粒物数量浓度比例和颗粒物粒径分布形态等颗粒物排放特性的影响力度、影响方式和解释能力。研究结果表明:主喷正时、轨压、预(后)喷油量、预(后)喷油间隔均会对共轨柴油机的颗粒物排放特性产生不同显著水平的影响。主喷正时提前能够降低颗粒物数量浓度,低转速时主喷正时提前会提高核态颗粒物比例,中高转速反之;提高轨压会使得颗粒物数量下降,核态颗粒物数量比例上升;提高预喷、后喷油量会导致颗粒物数量浓度上升,核态颗粒物数量比例下降。各喷油参数使得核态颗粒物的比例上升在颗粒物粒径分布图中的表现为小粒径峰值与大粒径峰值之间的差变小,分布曲线由双峰分布更趋向于单峰分布。     

后喷间隔角对柴油机燃烧过程中颗粒物数密度、粒径分布及质量的影响

基于全气缸取样平台,在一台高压共轨直喷柴油机上,研究了不同后喷间隔角对柴油机燃烧过程中颗粒物的数密度、粒径分布以及质量的影响.结果表明:单次喷射工况,颗粒物数密度随曲轴转角呈单峰分布,峰值出现在11~14°,CA ATDC,排气颗粒物数密度比缸内颗粒物的峰值数密度减少75%,以上;引入后喷,随着后喷间隔角的增大,缸内颗粒物数密度呈先升高后降低的趋势.颗粒物粒径分布在单次喷射工况呈类似对数正态分布,主要分布范围在6.04~339,nm之间,其峰值粒径主要分布在69.8~93.1,nm之间;引入后喷,缸内颗粒物的峰值粒径先减小后增大,并在排气阶段峰值粒径达到最大,且随着后喷间隔角的增大,缸内颗粒物峰值粒径呈增大的趋势.单次喷射工况下缸内颗粒物的质量随着曲轴转角呈单峰分布;引入后喷,缸内颗粒物质量峰值随后喷间隔角的增大呈先增大后减小的趋势.后喷对碳烟质量的影响规律与其对颗粒物质量的影响规律基本相同.     

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.     

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。     

柴油、生物柴油后喷燃烧过程中颗粒物粒数粒径及质量的变化规律

基于全气缸取样平台,在一台高压共轨柴油机上,对近后喷和远后喷策略下生物柴油和柴油后喷燃烧过程中颗粒物的粒数粒径分布、总粒子数密度及质量的变化规律进行了研究.实验结果表明,在后喷燃烧过程中各阶段,生物柴油和柴油所产生的颗粒物的粒数粒径分布、总粒子数密度及质量变化规律相似.颗粒物粒数粒径均呈类似对数正态分布,生物柴油的峰值粒径范围为39.2~69.8,nm,柴油的峰值粒径范围为60.4~93.1,nm.与柴油相比,在相同后喷燃烧阶段生物柴油的颗粒物的总粒子数密度较高,但质量浓度较低.     

喷油压力对柴油机微粒排放特性的影响

分别利用SMPS、热光碳分析仪、HRTEM和TGA测试表征了柴油机尾气颗粒粒径分布、元素碳/有机碳(EC/OC)排放、纳米结构和氧化活性等特性.试验结果表明,提高喷油压力在显著降低积聚模态粒子排放的同时,使核模态粒子显著增加;当量比分别为0.2和0.5的条件下,喷油压力由60,MPa增大至100,MPa,总碳排放分别下降了33%和21%,喷油压力变化显著影响OC1~OC4和EC1~EC3的组分构成,高当量比时,增加喷油压力有效抑制了soot-EC的生成;60,MPa时颗粒呈壳-核结构,100,MPa时颗粒呈空心结构;进一步采用TGA分析表明,高喷油压力下的空心结构颗粒的氧化活性明显高于低喷油压力下的壳-核结构颗粒.     

喷油策略耦合EGR对柴油机燃烧过程与CDPF再生性能的影响

以匹配了可变截面几何增压系统(VGT)的D19高压共轨柴油机为研究机型,采用GT-Power和AVL FIRE构建了一维热力学整机模型和催化型微粒捕集器(CDPF)三维仿真模型,针对3 000r/min、50%负荷工况,研究了喷油策略耦合废气再循环(EGR)对燃烧过程和CDPF再生性能的影响。研究表明:随主喷定时提前,有效燃油消耗率(BSFC)先降后升,排气温度降低,排气流量与氧浓度变化则较小,排气中一氧化氮(NO)增加,CDPF再生速率逐渐降低,颗粒物残余量、压降与CDPF出口端二氧化氮(NO_2)同时增加;随EGR率增大,BSFC和排气温度升高,排气流量、排气氧浓度、排气中NO浓度则同时降低。在主喷定时较晚时,随EGR率增大,CDPF再生速率先升后降,颗粒物残余量先降低后略升高;而在主喷定时较早时,随EGR率的增大,CDPF再生速率降低,颗粒物残余量增多。在主喷定时较晚时,提高喷油压力使BSFC和排气温度明显降低;而在主喷定时较早时,提高喷油压力导致BSFC反而快速增加。此外,随喷油压力提高,排气流量与氧浓度变化较小,排气中NO浓度增加,CDPF再生速率逐渐减小,颗粒物残余量、压降和CDPF出口端NO_2排放同时升高。总体上,相比喷油压力,主喷定时对CDPF再生过程影响更大。     

燃烧过程中焦炭的孔隙结构演变与颗粒物的形成

通过煤粉在沉降炉中的燃烧,研究了燃烧过程中煤焦的孔隙结构演变及其对颗粒物(PM)形成的影响,分析了煤焦颗粒的比表面和孔径分布.将不同气氛下燃烧生成的颗粒物通过Dekati低压撞击器(DLPI)分级,分级范围从0.03到10 μm.研究表明:初始煤粒径的减小会使焦炭孔隙率增大,使焦炭在燃烧中更容易破碎,从而形成更多的超微米颗粒物;温度的升高虽然也会增加焦炭的孔隙率,但是对超微米颗粒物排放浓度的影响随不同的燃烧气氛而不同;氧气浓度的增加则有利于超微米颗粒物的形成.     

直喷式柴油机高压喷雾特性的研究

作者采用基于激光衍射原理的粒径测量仪，在变密度风洞中研究了常温下直喷式柴油机用泵－管－嘴高压供油系统（喷油压力40－95MPa范围）的喷油压力，喷嘴孔径和环境密度对喷雾的粒径及其分布特性的影响，结果表明：喷 的索特平均直径SMD随喷油压力升高或喷嘴孔径减小而明显下降；采用小孔径喷嘴既有利于提高喷油压力，又用利于全工况范围的雾化改善，喷雾空间粒度分布特征是：SMD在喷雾轴线方向呈“两头大，中间小”，在喷雾径上上呈外边大，内边小，环境密度增大，SMD值上升。     

进气压力对柴油机缸内碳烟颗粒微观形貌的影响

采用全气缸取样系统获取不同进气条件下柴油机燃烧过程中的缸内碳烟颗粒,运用透射电子显微镜(TEM)测量碳烟样品在微观尺度下的二维形貌,并计算碳烟颗粒的分形维数和碳烟基本粒子直径,进而研究不同进气压力对柴油机缸内碳烟颗粒物微观形貌的影响.结果表明:在碳烟生成主导阶段,进气压力的升高会增大生成的碳烟基本粒子的平均直径;而在碳...     

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.     

低温预混合燃烧模式的燃烧与排放特性试验研究

在一台电控高压共轨涡轮增压柴油机上研究了低温预混合燃烧模式对柴油机燃烧及排放的影响。采用早喷或晚喷预混方式,结合高废气再循环(EGR)率实现低温预混合燃烧,并研究了喷油正时、EGR、喷油压力和负荷率变化对预混燃烧模式的放热规律、排放特性和经济性的影响。研究结果表明:长的燃空预混合期是实现缸内预混燃烧的一个关键因素,中低负荷时,无论是早喷或晚喷预混模式,均具有长预混合期,短的扩散燃烧过程,兼具预混燃烧和低温燃烧的特征,高负荷下扩散燃烧比例增大;晚喷预混燃烧模式下,碳烟和氮氧化物(NO_x)排放同时获得降低,但低温燃烧和稀薄的混合气易导致燃烧不完全,喷油推迟较晚时引起HC和CO排放显著增加,并导致燃油消耗率增大;增加喷油压力可以同时改善碳烟、CO和HC排放,但是NOx排放增加,单纯提高喷射压力并不能获得性能的全面提高。     

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.     

不同海拔条件下喷油参数对柴油机性能的影响

通过内燃机高原环境模拟试验台,研究了不同海拔条件下高压共轨柴油机在最大转矩转速点(1500 r/min)全负荷(2300 N·m)和部分负荷(500 N·m)工况下喷油提前角、共轨压力及循环喷油量(全负荷)对柴油机燃烧特性与性能的影响规律.结果表明:全负荷工况下,随着喷油提前角增加,柴油机滞燃期增加,最高燃烧压力和最大压力升高率增大,增大趋势随海拔增加而降低,柴油机转矩在0 km和3 km海拔先增加后减小,在5 km海拔时逐步增加.随着共轨压力增加,柴油机燃烧相位提前,最高燃烧压力、最大压力升高率和转矩均增加,排温降低;部分负荷工况下,有效燃油消耗率随共轨压力增加而降低.随循环喷油量增加,转矩、排温和缸内压力均逐渐增大,最大压力升高率在3 km海拔范围内逐渐增加、在5 km海拔时逐渐减小.海拔每升高1 km,柴油机在全负荷工况下,最佳循环喷油量平均降低5.81%,最佳喷油提前角和共轨压力在全负荷和部分负荷工况下平均分别增加了1.2°,CA、0.8°,CA和4 MPa、3 MPa.     

基于轻型柴油车的柴油机氧化催化器入口温度升温特性及策略研究

选取了高、中、低负荷的3个典型工况,研究了进气节流及喷油策略对柴油机缸内燃烧过程、排放性、经济性及柴油机催化氧化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度的影响,得到全工况区域的DOC入口温度的升温策略。试验结果表明:随进气节流阀开度减小,进气流量降低,压缩压力下降,燃烧始点滞后,最高燃烧压力下降,循环指示功降低;HC排放得到抑制,其他排放恶化;DOC入口温度得到有效提升,负荷越小,温升效果越显著。喷油规律耦合进气节流发现,主喷提前角的推迟使得滞燃期缩短、后燃加重,DOC入口温度小幅度提升;近后喷油量增加可提高DOC入口温度,推迟近后喷,DOC入口温度先增大后降低,存在最佳的近后喷时刻。依据样机全工况排温分布特征,提出了不同工况区域DOC入口温度升温控制策略。     

某高压共轨柴油机非道路国三排放控制研究

对某型高速柴油机采用电控高压共轨技术方案,分析燃烧室的几何形状对柴油机缸内燃烧的影响,借助Fire软件对燃烧室进行仿真分析,模拟缸内燃烧温度、燃油当量比分布等,设计满足高混合速率的凸台燃烧室,以优化共轨柴油机缸内燃烧过程.结合台架标定试验,对共轨系统燃油喷射策略进行优化和调整,包括柴油机所有工况的喷油规律、喷油压力、喷...     

大缸径船用柴油机部分预混压燃的试验研究

以某中速船用柴油机为研究对象,试验研究了基于两次喷射技术对于船用柴油机性能和燃烧特性的影响。结果表明,基于两次喷射技术可以实现大缸径船用柴油机PPCI燃烧模式,两次喷射的预喷正时、预喷油量及燃油喷射压力对于PPCI燃烧过程有明显影响。通过两次喷射策略在单缸机试验研究,可以确定适用于大缸径船机的PPCI燃烧的燃油喷射控制策略：在Pe0.3MPa下,采用喷射压力105 MPa +预喷时刻20°CA BTDC +预喷油量20%,在Pe0.6MPa时,喷射压力120 MPa +预喷时刻35°CA BTDC +预喷油量28%的喷油策略,可以实现较为理想的部分预混均质压燃PPCI燃烧,燃油消耗率可改善3.1%~6.2%,soot排放降低51%~62%,压升率降低58~70%。本文研究为船用柴油机满足未来EEDI法规及低噪声设计提供有效支撑。     

PODE掺混和喷油参数对柴油机燃烧排放特性影响

在一台增压4缸直喷柴油机上开展了不同聚甲基二甲醚(PODE)掺混比例和喷油参数对柴油机燃烧和排放特性影响的试验.测试燃料包括纯柴油(PD0)、两种柴油/PODE混合燃料分别为PD20(PODE体积分数为20%)和PD30(PODE体积分数为30%).结果表明:随着喷油时刻的推迟,3种燃料缸内压力峰值降低,放热率峰值增加,燃油消耗率增加,热效率下降,CO和HC排放增加,NOx排放减小,颗粒物质量浓度降低,数量浓度先降低后升高;随喷油压力的增加,3种燃料缸内压力和放热率峰值增加,CO和HC排放减小,NOx排放增加,颗粒物数浓度和质量浓度下降.喷油时刻推迟和喷油压力增加都会使PD0的烟度排放明显减少,但对PD20和PD30的烟度排放影响比较小.随着PODE比例增加,热效率提高,但燃油消耗率上升,CO、HC和烟度排放下降,NOx排放小幅增加,颗粒物数浓度和质量浓度显著降低.