直喷天然气发动机燃烧效率分析

利用快速压缩装置对直喷天然气发动机的效率进行了分析。在宽广的当量比范围内，分析了三种燃料喷射方式下和均匀混合气燃烧时的燃烧效率。结果表明，燃油喷射方式下的燃烧效率在0．2－0．9当量比范围内均具有较高的数值并与喷射方式无关；在当量比小于0．2和大于0．9时，由于CO的原因，使燃烧效率降低。均匀混合气燃烧时，燃烧效率在当量比大于0．7时较高，而当量比小于0．7时，由于很高的未燃甲烷的生成使燃烧效率损失较大。燃料喷射燃烧与均匀混合气燃烧相比，维持高燃烧的比范围宽。因未燃甲烷的生成造成的燃烧效率的损失与喷油时刻无关，因CO造成的燃烧效率的损失随喷油滞后而增加。     

利用定容燃烧弹研究天然气掺氢混合燃料直喷燃烧循环变动

利用定容燃烧弹开展了天然气掺混0%～40%氢气混合燃料直喷燃烧循环变动研究,高压气体燃料(8.0 MPa)喷入定容燃烧弹模拟直喷发动机燃烧条件.在整体当量比为0.6和0.8下,试验采集了火焰发展图片和燃烧过程容弹内压力,从火焰发展图片和燃烧特征参数两个方面分析了掺氢和混合气分层分布对天然气直喷燃烧循环变动的影响.结果表明:燃烧循环变动起始于火焰发展初期阶段.随着掺氢比增加,火焰形态更规则且更集中于点火电极.同时,由于直喷燃烧方式混合气分层分布,能够实现低循环变动的稳定稀燃.循环变动随着掺氢比的增加而减小,这种趋势在稀燃工况((b=0.6)下更加明显.在直喷燃烧方式下,由于混合气分层分布减弱了火焰发展初期阶段对后续燃烧过程的影响,因此燃烧特征参数间呈现相互独立的关系.     

喷射方式对直喷汽油分层燃烧的影响研究

利用快速压缩装置进行了喷射方式对直喷汽油分层燃烧的影响研究。研究结果表明 :在当量比小于 0 .5时 ,快速燃烧期保持相同的数值而与喷射方式无关 ;在当量比大于 0 .5时 ,单点喷射方式比双点喷射方式具有较长的快速燃烧期。双点喷射方式的后燃期随当量比的增加而缩短 ,而单点喷射方式的后燃期随当量比的增加而增长。双点喷射方式的燃烧持续期基本上保持一稳定值而不随当量比的改变而变化 ,单点喷射方式下较长燃烧持续期出现在大当量比区域。双点喷射方式由于燃烧持续期短和放热速率快而呈现高的压力升高值。CO在当量比小于 0 .8时具有很低的数值 ,而在当量比大于 0 .8时因强充量分层则随当量比的增加而急速上升。三种喷射方式下碳氢随当量比的增加而增加。双点喷射和单点喷射的 NOx 的最大值分别出现在 0 .6～0 .7和 0 .3～ 0 .5区域处。在当量比小于 0 .8时 ,CO2 不受喷射方式的影响。燃烧效率在当量比 0 .15～ 0 .90范围内均达到 0 .9以上而基本上不随喷射方式而改变     

用快速压缩装置研究直喷式天然气发动机排放特性

使用快速压缩装置进行了直喷式天然气发动机排放特性的研究。测量了三种不同方式下的排放，并与均相混合气燃烧情况进行了对比。实验结果表明，在宽广的当量比范围内，天然气直喷方式的燃烧效率高于0.95。由于混合气的分层燃烧，天然气喷射方式在宽广的当量比范围内保持较低的HC排放量，同等功率下的低CO2排放量，低NOx排放量，其NOx排放在理论当量比处的降低更为明显。直喷天然气发动机既具备柴油机发动机效率高的特点，又具备预混燃烧发动机排放低的特点。     

点火位置对天然气直喷超稀燃烧影响的基础性研究

利用快速压缩装置进行了点火位置对天然气直喷超稀燃烧的基础性研究，研究结果表明：对于给定的当量比来说，存在一个最佳点火位置，在此位置点火时可以获得最短的燃烧持续期、最大的压力升高值、最高的燃烧效率，最快的燃烧放热率和最低的CO和未燃碳氢排放。最佳点火位置随当量比的减小而移向喷油嘴出口位置。当点火位置靠近喷油嘴出口位置时，稀燃极限可以延伸到更小的当量比，但可着火的当量比的范围变得狭窄。当量比大于0.1时，燃烧效率将维持在较高的数值；当量比小于0.1时，因未燃燃油所占的比例增加，燃烧效率明显降低。     

利用快速压缩装置研究天然气直喷燃烧循环变动

利用快速压缩装置研究了天然气直喷燃烧循环变动，研究结果表明：借助于分层燃烧和由燃料喷射的湍流引发的快速火焰传播，天然气直喷燃烧在小当量比条件下能实现良好的燃烧稳定性，低的压力峰值循环变动，低的压力升高率峰值循环变动和低的燃烧放热率峰值循环变动，研究发现燃烧期和燃烧产物的循环变动。CO和未燃碳氢的循环变动依赖于后续燃烧期的循环变动，NOx的循环变动依赖于快速燃烧期的循环变动。在燃烧最佳喷射条件下，天然气直喷燃烧的循环变动随当量比的变化并不敏感。     

天然气直喷发动机当量比与稀薄燃烧对比研究

针对一台自然吸气四缸天然气缸内直喷发动机,建立了发动机仿真模型,通过台架试验数据对模型进行了验证。开展了均质当量比燃烧和稀薄燃烧两种方案的整机动力性、热负荷和经济性对比研究。结果表明：稀薄燃烧时动力性下降明显,当量比燃烧时热负荷较高,空燃比稍大于当量比时经济性最好。     

利用快速压缩装置进行直喷天然气发动机燃烧特性的研究

利用快速压缩装置开展了直喷天然气发动机燃烧特性的研究,分析了3种不同喷射方式下的燃烧特性并与均相混合气燃烧进行了对比。研究结果:上喷天然气燃烧比均相混合气燃烧的最大压力高,在宽广的当量比范围内具有短的火娄发展期和快速燃烧,克燃烧放热率和压力升高率基本上与喷射方式无关。喷射方式与均相混合气相比,燃烧放热率,压力升高率大。缩短喷油和点火间的时间间隔将缩短火焰发展期和快速燃烧期,其时间间隔的优化对直喷天然气发动机极为重要。直喷天然气发动机的燃烧方式为预混控制充量分层燃烧,此燃烧方式燃烧速率,排放低。     

异辛烷／柴油双燃料分层充质压缩着火燃烧的试验研究

在经改装过的单缸发动机上进行了双燃料分层充质压缩着火(SCCI)燃烧的试验研究.分析了异辛烷作为预喷射燃料,柴油作为缸内直喷燃料的SCCI着火方式和燃烧过程,并固定异辛烷预喷射油量,研究不同柴油直喷当量比φD对SCCI燃烧的着火、燃烧和排放的影响.研究表明:双燃料SCCI燃烧是一种既包含扩散燃烧又包含预混合燃烧的复合燃烧形式,φD不仅决定了SCCI燃烧中柴油自身的燃烧情况,还决定了异辛烷的着火状况.在固定的异辛烷预喷射油量下,必然存在相应的最优柴油直喷当量比.该φD条件下柴油燃烧充分,且异辛烷的着火状况最好,异辛烷的燃烧过程最接近均质压燃;同时,发动机经济性提高,整体排放显著改善.随着给定的异辛烷当量比φP的增大,最优直喷当量比φD会逐渐减小.     

添加高比例丁醇对柴油机燃烧和排放的影响

通过试验结合数值模拟的方法,研究了1,400,r/min、平均指示压力1.0,MPa工况下柴油机采用丁醇/柴油混合直喷和双喷射两种方式的燃烧和排放特性.结果表明,双喷射方式的指示热效率降低且指示比油耗明显升高;混合直喷方式具有最长的滞燃期,而丁醇高的汽化潜热是滞燃期明显延长的主要原因.两种喷射方式的燃烧持续期均比纯柴油的短,混合直喷方式的燃烧持续期最短.与纯柴油相比,混合直喷和双喷射的NOx排放分别增长了28%和9%,燃烧过程中具有更宽的高温区域是混合直喷方式NOx排放升高的原因.混合直喷方式的碳烟排放比纯柴油方式降低约40%,其原因是掺混丁醇后降低了燃烧总体当量比和改善了局部当量比分布均匀性.双喷射由于局部当量比过浓,造成燃烧过程中碳烟峰值较高,而对碳烟最终排放的改善效果不如混合直喷方式.     

天然气直喷燃烧的可视化研究

利用高速摄影装置开展了天然气直喷燃烧的可视化研究。研究结果表明:缸内形成的分层充量分布与喷射方式有关,双点平行喷射和单点喷射将比双点对向喷射形成的充量分层强。双点平行喷射和单点喷射时火焰将向燃料喷流的下流区发展,而双点对向喷射时火焰显示出由燃烧室中心向外围方向发展的特征。天然气直喷燃烧呈现出湍流燃烧特征的皱褶火焰前锋面。通过优化喷射正时形成的可燃分层充量可实现直喷天然气超稀燃烧。     

不同喷射时刻缸内直喷天然气燃烧特性

利用快速压缩装置研究不同喷射沓刻缸内直喷天然气燃烧特性。结果表明，天然气直喷燃烧可实现快速燃烧，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可明显缩短燃烧期。与均匀混合气燃烧相比，碳氢的排放增加，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可达到均匀混合气燃烧时相同的排放量。在很宽的当量比范围内，NOx增加，而CO仍维持很低数值，且不受喷射时刻的影响，直喷天然气燃烧可实现较高的压力升高值，且其数值不受喷射时刻的影响，所达到的高燃烧效率也不受喷射时刻的影响。     

汽车发动机燃烧技术的新进展

对近年来汽车发动机燃烧技术的各项新进展进行了介绍和评论。内容包括具有理论空－燃比的均质混合气的燃烧,采用不同分层方法的预混合稀薄燃烧（MPFI）,直接喷射式汽油机的燃烧（GDI）,直接喷射式柴油机的燃烧（DI Diesel）,以及均质混合气压缩点火式发动机的燃烧（HCCI）。最后这些燃烧新技术的今后发展,进行了展望。     

Experimental study of stratified lean burn characteristics on a dual injection gasoline engine

Due to increasingly stringent fuel consumption and emission regulation, improving thermal efficiency and reducing particulate matter emissions are two main issues for next generation gasoline engine. Lean burn mode could greatly reduce pumping loss and decrease the fuel consumption of gasoline engines, although the burning rate is decreased by higher diluted intake air. In this study, dual injection stratified combustion mode is used to accelerate the burning rate of lean burn by increasing the fuel concentration near the spark plug. The effects of engine control parameters such as the excess air coefficient (Lambda), direct injection (DI) ratio, spark interval with DI, and DI timing on combustion, fuel consumption, gaseous emissions, and particulate emissions of a dual injection gasoline engine are studied. It is shown that the lean burn limit can be extended to Lambda= 1.8 with a low compression ratio of 10, while the fuel consumption can be obviously improved at Lambda= 1.4. There exists a spark window for dual injection stratified lean burn mode, in which the spark timing has a weak effect on combustion. With optimization of the control parameters, the brake specific fuel consumption (BSFC) decreases 9.05% more than that of original stoichiometric combustion with DI as 2 bar brake mean effective pressure (BMEP) at a 2000 r/min engine speed. The NO_x emissions before three-way catalyst (TWC) are 71.31% lower than that of the original engine while the particle number (PN) is 81.45% lower than the original engine. The dual injection stratified lean burn has a wide range of applications which can effectively reduce fuel consumption and particulate emissions. The BSFC reduction rate is higher than 5% and the PN reduction rate is more than 50% with the speed lower than 2400 r/min and the load lower than 5 bar.     

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.     

复合供气压缩着火天然气发动机的试验研究

设计开发的天然气发动机压缩着火燃烧系统采用球形涡流室式燃烧室结构及天然气复合供气系统,通过台架试验研究了不同天然气供气方式、进气加热温度、高压供气定时和高、低压供气比例对着火燃烧和排放的影响.结果表明,高压供气定时、高低压供气比例、进气加热温度对天然气压燃和排放的影响均存在最优值;与天然气低压供气方式相比较,复合供气方式实现天然气发动机的着火起动需要较高的辅助加热条件;但是在扩展发动机运转范围方面具有明显优势.     

天然气发动机的研究现状

天然气能降低发动机的有害物排放,是一种比较理想的发动机代用燃料。稀燃天然气发动机具有较高的热效率和较低的NOx排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧也是提高稀燃天然气发动机热效率的方法之一,并有很低的NOx排放。本文综述了稀燃天然气发动机和HCCI天然气发动机的研究进展,尤其是燃烧室形状、点火系统、充量分层、加氢等对天然气发动机性能的影响及天然气HCCI发动机的燃烧与排放特点。     

废气再循环对二甲醚/天然气双燃料均质压燃燃烧过程和排放特性的影响

在一台单缸直喷式柴油机上研究了冷却废气再循环(EGR)对二甲醚(DME)／天然气(CNG)双燃料均质压燃(HCCI)燃烧过程和排放的影响．结果表明，EGR率加大，着火时刻滞后，放热速率降低，燃烧持续期延长，DME比例加大，着火始点提前，放热率峰值上升，燃烧持续期缩短，EGR率增大，发动机“失火”和爆震燃烧的DME比例增大，但“失火”和爆震燃烧之间的DME比例区间变宽，EGR可以拓宽HCCI发动机的工况范围．对应不同比例的EGR，有一个热效率最佳的DME比例区域．HC排放和CO排放随EGR率的增高而增加，随DME比例的增大而降低．NO。排放在不发生爆震的情况下保持在极低的水平．因此，控制DME比例和EGR率是控制DME／CNG双燃料HCCI发动机燃烧过程、性能和排放的关键。