基于缸内直喷的甲醇汽油混合燃料HCCI燃烧排放特性研究

在缸内直喷发动机上研究甲醇汽油混合燃料的HCCI燃烧排放特性,分析了其非常规排放的性能。试验中选用汽油、M10(甲醇体积分数10%)、M20(甲醇体积分数20%)3种燃料,并通过FTIR方法测量甲醇及甲醛等非常规排放。研究结果表明:在汽油中添加甲醇可以有效拓展HCCI燃烧的高负荷范围,M20燃料的高负荷范围比汽油提高近9%,指示燃油消耗率比汽油高5%～10%,但指示能量消耗率比汽油低2%～6%。CO、THC、NOx等常规排放随甲醇添加比例的增加而降低,而甲醇和甲醛等非常规排放随甲醇添加比例的增加而增加,并随负荷增高呈先增加后减少的趋势。     

小升程凸轮轴发动机HCCI燃烧特性的研究

为了在发动机的低速低负荷区实现均质充量压缩着火（HCCI）燃烧，设计了气门升程小和气门开启持续期短的进、排气门凸轮轴，并将其安装在Ricardo Hydra单缸汽油机上。试验研究了发动机使用理论空燃比混合气时的燃烧情况，结果表明，使用负气门重叠角可以在低速低负荷区实现HCCI燃烧。在HCCI燃烧方式下运行时的平均指示压力（PIMEP）依赖于气门定时和发动机转速。排气门关闭越早，缸内的残余废气量增加，每循环进气量减少，燃烧持续期变长，PIMEP减小，然而泵气损失减小；进气相位对PIMEP的影响小于排气相位的影响；高的发动机转速对燃烧过程的影响类似于排气门早关．     

用汽油和甲醇燃油分层拓展HCCI燃烧高负荷的试验研究

在一台单缸HCCI发动机上研究了进气道喷射汽油缸内喷射甲醇形成汽油甲醇燃油分层的HCCI燃烧排放特性,探索了其拓展HCCI燃烧高负荷的潜力。试验结果表明:在汽油HCCI燃烧中喷射甲醇能够有效降低缸内混合气的温度,推迟着火时刻,延长燃烧持续期,从而降低压力升高率和缸内最高燃烧压力,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。一定的HCCI负荷工况存在最佳的汽油甲醇比例,且汽油甲醇最佳比例随着负荷的增加不断减小。在最大压力升高率0.5MPa/°CA和较高的指示效率的限制下,自然吸气条件下采用汽油和甲醇燃油分层的HCCI燃烧最高负荷比汽油HCCI燃烧提高了近50%,达到0.62MPa。     

基于离子电流的缸内直喷汽油机HCCI燃烧检测研究

在缸内直喷汽油机上,对基于离子电流的HCCI燃烧检测方法进行了研究.结果表明,直喷方式下,离子电流信号受背景噪声影响,信噪比较低.当过量空气系数φa＜1.6时,信号特征值与燃烧相位线性对应关系良好;但φa继续增加时,信号幅值大幅减弱,二者线性相关系数显著降低.喷油策略也会对燃烧相位检测结果造成影响,在相同过量空气系数下...     

负阀重叠早喷模式HCCI燃烧数学模型与计算分析

针对早喷模式中的排气上止点燃油喷射(ETCI)模式,综合广安博之模型、Bai模型的优点加以改进,并将空间均质燃烧与油膜蒸发燃烧相耦合,建立了一种新型的基于喷雾、燃油附壁、油膜蒸发、燃烧等一系列过程适用于缸内早喷模式的数学模型。利用该模型对135单缸柴油机ETCI燃烧模式进行校核计算,并通过试验验证进一步对燃烧过程中的工况参数及调节参数进行了研究。研究结果表明:在ETCI模式下,存在部分油膜附壁,油膜的蒸发主要与缸内的气体温度与壁温有关,且存在明显的两阶段加热过程。累积放热率与排气门关闭时刻和壁温基本呈线性关系,排气门关闭时刻提前10°CA,累积放热率上升约6%;壁温升高50K,累积放热率上升4%。增压压力升高,累积放热率降低,增压压力越大,累积放热率降低的幅度越小。     

进气上止点燃油喷射实现柴油HCCI燃烧的试验研究

提出了采用在进气上止点附近进行燃油喷射,通过内部EGR促进燃油蒸发混合的方法,实现柴油燃料的均质压燃(HCCI),并通过副喷嘴喷射引燃柴油解决HCCI发动机的冷启动困难问题．试验表明该方法有利于在缸内形成均质混合气,在常温进气的情况下就可得到较好的HCCI燃烧效果．同时,还对影响HCCI燃烧的发动机负荷和进气温度进行了研究,认为由这些因素引起的缸内温度变化是影响HCCI燃烧的主要原因。     

缸内直喷汽油机直接起动的燃烧和排放特性

分析了不同起动位置下缸内直喷汽油机直接起动过程中起动缸的燃烧和排放性能,采用快速HC采集仪对起动缸缸内以及排气中的 HC 进行测量,研究起动缸缸内混合气浓度和排放性能,通过缸压和运动规律的研究确定优化后的喷射量和起动位置．研究结果表明,喷油量同缸内实际当量比呈线性关系,起动缸容积越小,喷射燃油的加浓比例越大．在保证着火可靠性不出现失火现象的前提下,增大燃油喷射量,使得起动缸内燃烧变差,HC 排放量增加;增大起动缸的容积,则起动性能及排放均有所改善,较为优化的起动缸位置为压缩上止点前70°～80°,CA.     

过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响

在一台Ricardo Hydra单缸四气门汽油机上,利用气门重叠负角方法实现了均质充量压缩着火(HCCI)燃烧,并通过试验研究了过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响.研究结果表明,在相同的转速和气门相位角下,随着过量空气系数的增加,平均指示压力减小,缸内残余废气率也减小,但燃油消耗率的变化趋势与转速有关.在大多数工况下,过量空气系数为1.05时,HCCI发动机的着火时刻最早,燃烧持续期最短.过量空气系数对循环波动的影响与转速和气门相位角有关.随着转速的增加,循环波动增大.     

双燃料对汽油机HCCI燃烧与排放的影响北大核心CSCD

采用双燃料喷射系统在进气道分别喷入汽油和正庚烷,结合优化动力技术手段,实现了4缸汽油机的均质混合气压燃(HCCI)稳定燃烧。研究了在不同EGR条件下,燃料比例对汽油机HCCI燃烧和排放的影响。研究结果表明:随着汽油比例的增加,燃烧相位推迟,燃烧持续期延长,HC和CO排放随之增加,最优工况点对应的EGR率降低。提高正庚烷的比例,HCCI燃烧对EGR敏感性降低,可以提高EGR率上限。在同一燃料比例下,随着EGR率的变化,CA10与CA50有线性关系,其斜率与燃料中汽油比例正相关。     

CO_2进气道和缸内喷射对柴油准HCCI燃烧的影响

通过开发的气体喷射系统,研究并对比了进气道和缸内喷射CO2对准均质压燃燃烧排放的影响.准HCCI燃烧由两段喷油实现.结果表明:随着缸内和进气道CO2循环喷射量的增大,缸内最高平均温度降低,燃烧相位推迟,最大压力升高率变化不大;NOX排放减小,HC和CO排放增大.等CO2喷射量下,NOx随着缸内CO2喷射始点的提前而减小;缸内喷射的HC和CO排放较进气道喷射的大.随着CO2循环喷射量的增大,进气道喷射的烟度开始变化不大,然后急剧上升;而缸内喷射的烟度变化不大.     

汽油HCCI发动机燃烧相位及瞬态过程的控制

由于HCCI燃烧受化学动力学控制,燃烧相位控制一直是HCCI面临的挑战之一.通过缸内直喷方式,可以灵活控制HCCI燃烧相位.研究表明,在HCCI失火界限,在负气门重叠期喷入燃油,能够实现燃油重整,通过调整不同的负气门重叠喷油量,可以控制燃烧相位;在HCCI爆震界限,负气门重叠期的喷油会导致燃烧粗暴,NOx排放大量上升,而在压缩行程喷入燃油形成分层混合气,能够有效地控制燃烧相位,且不引起排放的恶化.通过负气门重叠喷油形成的组分控制和压缩行程喷油形成的浓度控制相结合,能够在整个HCCI运行范围内有效地控制燃烧相位.通过考察燃烧相位调整的瞬态过程,发现通过缸内直喷技术,能够在一个发动机循环内实现燃烧相位的调整,控制灵活,响应迅速.     

气门正时对柴油燃料HCCI燃烧影响的初步实验研究

开发了变进排气正时控制机构,实现气门正时的调节,采用在进气上止点前进行柴油燃料的喷射,利用缸内残余高温废气余热加速燃油蒸发,实现了柴油燃料的HCCI燃烧,同时,研究了不同气门重叠期下HCCI燃烧的燃烧特性,不同负荷的工作稳定性和排放特性,结果表明,对于低温自燃性好的柴油燃料,排气门早关和进气门晚开引起的缸内温度升高比由此引起的残余废气增加对工质的稀释效果更大,使HCCI燃烧的着火始点提前,易引起大负荷工况HCCI燃烧的工作粗暴,但有利于小负荷工况HCCI燃烧的工作稳定性。     

乙醇燃料均质压燃的试验研究

利用多功能燃烧弹对乙醇进行均质压燃性能的研究,具有边界条件可控的独特优点．在多功能燃烧模拟系统(多功能燃烧弹)中进行了不同混合气温度对燃烧过程及不同空燃比对燃烧过程影响规律的试验研究．混合气温度的升高将促使燃烧最高压力、最大压力升高率和放热率增加,而且其峰值提前;随空燃比的加大,燃烧压力、压力升高率和燃烧放热率下降,且出现峰值的时刻推迟．     

进气温度对乙醇均质压燃过程的影响

论述了利用速压机进行的进气温度对乙醇均质压燃性能影响的研究,混合气进气温度的提高将促使燃烧始点提前;随着进气温度的提高,最高燃烧爆发压力提高,最高爆发压力产生的时间提前;进气温度的提高也引起了燃烧过程压力升高率增大,最大压力升高率的时间提前;进气温度越高放热量曲线越陡,达到最大放热量所用的时间也越短,最大放热量也越高;混合气温度的升高也带来了最高放热率增大的效果;此外,随着混合气进气温度升高,燃烧最高温度也相应提高.     

调制喷油模式对柴油HCCI燃烧性能和排放的影响

基于多脉冲喷射模式调制的电控开发系统和对柴油HCCI燃烧过程的认识,设计了一系列的典型调制多脉冲喷油模式,包括交错式(SM)、驼峰式(HM)、均衡式(EM)和递增式(PIM)．分别进行了4次多脉冲、5次多脉冲和6次多脉冲调制喷油模式的HCCI发动机试验研究．试验结果表明,柴油HCCI燃烧对调制喷油模式极其敏感,基于调制喷油模式的柴油HCCI燃烧均能达到超低的NOx排放(小于0．82 g／(kW·h))和较低的碳烟排放(小于0．5 BSU)．调制喷油模式的优化,可以使柴油HCCI发动机获得更高的功率输出,拓展其运行的工况范围．