汽油和柴油混合燃料均质压燃(HCCI)的试验研究

汽油和柴油这两种不同特性的燃料被用作HCCI发动机的燃料。汽油具有高挥发性、易雾化和易于形成混合气的特性,被用来形成均质混合气;柴油具有良好的着火性和可燃性,被用来控制自燃和限制爆震燃烧。期望这两种特性不同而又相互补充的燃料混合后能够达到一个折衷的HCCI的燃烧性能。试验在一个专用于HCCI研究的单缸发动机上实施,采用两种中等的压缩比(10．4和15)和两种HCCI模式(进气加热和负气门叠开),试验结果证实了这种期望。结果是:随着混合燃料中柴油比例的增加,对于进气加热模式,HC- CI能稳定工作所需要的进气温度有所降低,对于负气门叠开模式,缸内平均指示压力和过量空气系数的范围有所扩展,并且两种方式下HC和NOx的排放均有所减少。     

均质压燃(HCCI)燃烧过程控制方式的研究

均质压燃(HCCI)燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究焦点。因HCCI发动机的燃烧过程主要由可燃混合气的化学动力学所控制，故很难在全负荷范围内控制它的着火时刻和燃烧放热率。因此，HCCI燃烧过程的控制成为HCCI研究热点。本文根据一些控制HCCI发动机燃烧过程的研究结果对其进行阐述。     

乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界

在一个单缸排量为1．14L、压缩比为17：1的自然吸气发动机上,使用乙醇燃料采用进气道低压喷射,进行了HCCI燃烧区域的实验研究,结果表明,在进气温度为150℃时,乙醇燃料可以在较宽的范围内（φa=1～9）实现HCCI燃烧,并且以过量空气系数为标志存在着明显的边界,当过量空气系数φa〉9时,燃烧不完全、甚至熄火,φa=9为该实验条件下的稀燃界限,当过量空气系数φa〈3时,不加EGR则产生爆震燃烧;加入EGR则爆震现象消失,可以实现HCCI燃烧,φa=3为该实验条件下的爆震限,当过量空气系数咖。〈1时,加入较多的EGR可以实现HCCI燃烧,但由于燃烧不完全,CO排放大幅度增加,指示效率下降,φa=1为该实验条件下的浓燃界限。     

均质压燃式(HCCI)燃烧的研究

均质压燃式（HCCI）燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点。HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时有效降低柴油机的NOX和碳烟排放，并提高柴油机的循环热效率。HCCI发动机通常工作在高空燃比和较低的压缩比条件下，工作范围较小，高负荷时功率输出不足。“双模式”HCCI发动机是解决上述问题的有效途径，并成为近期HCCI发动机研究中的热点。     

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．     

掺氢天然气充量均质压燃发动机燃烧和排放特性的数值模拟研究

为研究掺氢对天然气充量均质压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）发动机的燃烧及排放特性的影响,基于化学反应动力学软件包CHEMKIN中的零维模型模拟天然气HCCI发动机在掺氢比为0%~40%时的燃烧过程及排放,并对其进行数值分析。结果表明：掺入氢气后缸内温度和放热率先略下降后上升而缸内压力变化不明显,着火时刻随掺氢比增加不断提前,CO和CO₂的生成浓度降低而NO的生成浓度上升。掺入氢气为体系提供大量H,使链分支和链传递反应加快,HO₂和OH生成速度加快,造成着火时刻提前。NO的总生成速率随掺氢比增加而加快。     

均质压燃燃烧闭环控制系统的开发和试验研究

以缸内喷射CO2为控制手段,实现了对柴油均质压燃(HCCI)燃烧的闭环控制。开发了基于循环的燃烧相位闭环控制系统,试验研究了系统的开环和闭环性能。基于循环的燃烧闭环控制系统包括气缸压力采集、燃烧特征参数计算和控制参数更新等模块。经过对最高燃烧压力对应的曲轴转角(φpmax)、最大压力升高率对应的曲轴转角(φλmax)和燃烧分数为50%时对应的曲轴转角(CA50)等参数的比较,决定选择CA50作为反馈参数。试验结果表明:用CO2喷射作为执行器能实现燃烧相位的快速控制。系统能很好地跟踪CA50阶跃输入,并且在转速和负荷干扰存在的情况下实现对CA50的控制。     

最大扭矩转速下天然气发动机准均质压燃特性的研究

由少量柴油引燃均匀天然气混合气,该种燃烧接近均质压燃燃烧过程,故可认为是准均质压燃过程。在发动机的最大扭矩转速下负荷特性的燃烧过程及排放物生成规律如何发展变化、具有何种特点,通过发动机缸内分析以及相应工况的排放测试,对发动机的各工况燃烧特性及对排放物生成的影响进行了研究。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃过程详细化学反应动力学数值模拟研究(Ⅰ)--二甲基醚反应机理研究

应用零维详细化学反应动力学模型对二甲基醚均质压燃燃烧反应机理进行了数值模拟研究。结果表明二甲基醚放热反应为典型的双阶段放热反应，经历低温反应、负温度系数区域和高温反应三个过程．高温反应又分为蓝焰和热焰两个阶段。二甲基醚自燃着火由过氧化氢(H2O2)分解所控制，甲醛(CH2O)是过氧化氢的主要来源。基于化学敏感性分析．得到了均质压燃二甲基醚反应的主要途径：首先是二甲基醚脱氢，经过两次加氧后得到甲醛基；然后生成甲酸基(HCO)；最后生成一氧化碳(CO)。在二甲基醚的氧化反应过程中，氢氧根(OH)发挥着重要的作用，它是二甲基醚脱氢反应和CO氧化过程中的主要自由基。     

柴油均质压燃燃烧(HCCI)的计算模拟研究

通过可模拟均质压燃燃烧(HCCI)的计算程序分析了进气温度、压缩比、过量空气系数、EGR率等参数对柴油机HCCI的影响,同时确定HCCI可行的工况范围。计算所得出的HCCI可行范围和优化工况对相应燃烧试验具有指导作用。     

非平衡等离子体辅助燃料重整的实验研究

基于介质阻挡放电（DBD）催化燃料蒸汽重整试验平台,系统地研究了水蒸气与甲烷物质的量比n（H2O）／n（CH4）、壁面温度、停留时间、输入功率及频率等对甲烷蒸汽重整过程中的有效碳回收率、甲烷转化率及其产物选择性等的影响．结果表明：当停留时间为0．29S时,有效碳回收率为96％,随着停留时间的增加,有效碳回收率线性下降;增加停留时间及增大n（H2O）／n（CH4）和输入功率有利于甲烷转化;停留时间为0．59S时,不同操作条件下甲烷转化率在20％以上,H2选择性在20％左右,Q＋C。选择性在209／6左右,CO选择性在4％左右,有C4以上高碳烃生成．     

天然气合成液体燃料研究进展

根据国外多家公司已工业化和开发中的GTL技术特点,论述了GTL研究技术的发展趋势,并指出了在我国开展GTL技术研究的必要性和紧迫性。     

热轧加热炉掺烧天然气互换性研究

为解决煤气资源短缺问题,使用天然气置换焦炉煤气,热轧加热炉现用燃气为高焦混合煤气,拟采用高天焦转作为置换气置换基准气高焦混合煤气,对置换气华白数、燃烧势及离焰互换指数、回火互换指数及黄焰互换指数进行了计算,从而判断高天焦转混合气对高焦混合煤气的可互换性.计算结果表明在给定的天然气配比条件下,不具备可互换性,故对置换气中各气体重新进行配比计算,得出在满足互换性条件下,天然气用量的极限值.     

天然气发动机供气系统的研究现状

介绍天然气发动机的各种供给系统的结构和工作原理，然后在充气效率以及动力性和排放方面详细比较分析了各种供气方式的优劣，提出今后的研究方向。     

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。     

天然气/柴油双燃料发动机不同天然气供给量计算方法及试验研究

基于试验的方法研究等热值法、理论等空气消耗量法和实际等空气消耗量法3种不同的计算方法对发动机动力性、经济性及排放特性的影响。试验结果表明:等热值法和理论等空气消耗量法对发动机的性能影响差异较小,各工况差异低于5%。实际等空气消耗量法确定的天然气供给量能明显提升发动机动力性,平均增加动力42.33%。不同天然气供给量计算方法在未对燃料供给进行优化时,未能有效降低发动机有效燃料消耗率,在大负荷工况有效燃料消耗率偏差平均为6.85%。双燃料模式下NOx排放得到明显改善,HC+NOx排放在中、高负荷工况时能满足排放限值要求,CO排放在低转速工况满足排放限值要求。     

负气门叠开方式下天然气的均质压燃(HCCI)

天然气的自燃温度较高,要达到其自燃必须采用高压缩比和进气加热,另外一种方法是利用负气门叠开在缸内驻留废气,以减少所需要的进气加热量。本文采用特殊阀的策略,通过与汽油进行对比,发现在相同的发动机负荷下,天然气HCCI需要使用较迟后的气门定时,这导致缸内将截获较少量的废气,因而减小了稀释的效果,使得NOx的排放增加。     

柴油引燃预混天然气准均质压燃着火过程的研究

利用高速摄像技术对柴油引燃预混天然气发动机的着火过程进行了研究，主要分析了混合气浓度，喷油提前角以及环境温度等参数对双燃料发动机着火滞燃期，着火点位置分布和着火点数量的影响，指出柴油引燃预混天然气双燃发动机着火过程是一种准均质压燃着火过程。     

8240ZC-DF型柴油-天然气双燃料发动机使用不同喷油器的试验研究

本文介绍了8240ZC-DF型柴油-天然气发动机使用孔数、孔径和总流通面积不同的两组喷油器对气缸内燃烧特性、主要性能参数和排放性能的影响。     

柴油/天然气双燃料发动机柴油燃烧策略的研究

基于自主研发的第三代并行式柴油/天然气双燃料发动机电控系统,利用FIRE软件建立柴油/天然气双燃料发动机柴油喷射系统的多次喷射模型。同时,通过进气压力控制过量空气系数,实现柴油/天然气双燃料发动机稀薄燃烧方式。针对高负荷工况,研究了多次喷射策略和稀薄燃烧方式对双燃料发动机最大压力升高率及NOx排放的影响。结果表明:发动机工作在高负荷及柴油替代率为80%时,采用双燃料稀薄燃烧方式能使NOx排放降低,但最大压力升高率仍可能超过安全临界值1MPa/(°)。采用合适的预喷射量与预喷射时刻能降低最大压力升高率。通过多次喷射和稀薄燃烧方式相结合的燃烧策略对缸内燃烧方式进行组织,可以实现双燃料发动机高替代率燃烧,并使高负荷时NOx排放达到或者低于国Ⅴ标准限值。