M15对增压直喷汽油机小负荷工况下燃烧和性能的影响

在一台缸内直喷汽油机上,针对M15(汽油中甲醇添加体积比例为15%)和M0(汽油中甲醇添加体积比例为0,即纯汽油)两种燃料,试验研究了点火提前角、喷油提前角和喷射压力等控制参数的调整对样机在小负荷、低转速下,燃烧、性能及排放的影响规律和影响差异。研究结果表明:相同喷射脉宽及控制参数条件下,M15汽油的最高燃烧压力比M0的低4%,但最高压力点对应的曲轴转角与M0基本相同。相同喷射脉宽下,燃用M15比燃用M0的发动机输出扭矩下降约10%左右,但燃油经济性有所提高,并分别存在一个点火提前角和喷油提前角,使得转矩最大、燃油消耗率最小,此点火提前角为20°CA(BTDC)、喷油提前角为300°CA(BTDC);而喷射压力对转矩和燃油消耗率影响较小。当使用M15燃料后,HC、CO和NO_x排放均比M0有所降低;M15和M0的HC、CO和NO_x排放均随点火提前角减小而减小;随喷油提前角的变化呈现不规律的变化;喷射压力对HC和NO_x排放的影响不很明显,而对CO呈波动状态。     

喷油定时和涡流比对低温燃烧影响的模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)软件和耦合自行编写的程序,对一台柴油机进行低温燃烧模拟研究,对比分析不同废气再循环(EGR)率、喷油定时和涡流比对燃烧和排放的影响.结果表明,随着EGR率增大,燃烧放热过程滞后,缸内压力、温度和放热率峰值和累计放热量降低,壁面油膜生成增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低的同时,碳烟(soot)、未燃碳氢化物(UHC)和CO排放增加;固定EGR率为40%的同时将喷油定时曲轴转角从353°提前至345°,可使燃烧放热过程适当提前,并有利于提高热效率和改善燃油经济性;保持EGR率为40%,喷油定时曲轴转角为345°时,随着涡流比的增大,soot和UHC排放减少,而CO排放出现先减少后增大的趋势,涡流比为3.0时,综合效果较好.     

柴油机燃用生物柴油的燃烧和排放性能研究

在186FA单缸小型柴油机上,研究了1 800,2 700,3 600r·min~(-1)条件下满负荷工况时,燃用纯柴油和B10调合生物柴油对柴油机燃烧和排放性能的影响.实验结果表明:满负荷工况下,燃用调合生物柴油的缸内压力峰值和压力升高率峰值均高于纯柴油,但放热率峰值低于纯柴油,各峰值所对应的曲轴转角相对上止点均提前;燃用调合生物柴油与纯柴油,发动机动力性基本一致;与纯柴油相比,燃用调合生物柴油的排放性能得到有效改善,CO、碳氢化合物(HC)和颗粒物的最大降幅分别为29.09%、30.43%和35.79%,但NO_x的排放量增加了4%~7%;燃用调合生物柴油的经济性得到一定程度的改善,有效热效率在3种实验工况下分别提高7.42%、6.72%和8.42%.     

喷油嘴流量对小型柴油机燃烧及排放影响的试验研究

以某186FA柴油机为研究对象,对比分析喷油嘴用不同加工方法的喷孔及流量变化对小型柴油机燃烧和排放性能的影响。试验结果表明:减小喷油嘴流量,同工况下柴油机的最大燃烧压力降低,燃烧始点提前,预混燃烧比重减小,扩散燃烧阶段燃烧速度加强。合理匹配喷油嘴的流量参数能有效降低柴油机的排放。喷油嘴喷孔用电火花打孔与用机械钻孔相比,能明显的改善柴油机排放性能。186FA柴油机用电火花打孔、流量为0.959 L/min的喷油嘴和原机机械钻孔的喷油嘴试验对比,整机HC、CO和PM排放分别下降了45.1%、27.7%和10.4%;NO_x上升11.3%;但HC+NOx仍下降2.4%(八工况排放试验循环)。用喷油嘴优化匹配后整机排放能达到中国非道路柴油机第三阶段排放标准的要求。研究表明:柴油机在中、小负荷工况的燃油消耗率、HC、CO明显减少是整机排放降低的主要因素,其机理是喷油嘴流量系数大,喷孔燃油流道表面质量改善,提高了喷油压力和喷雾质量,每循环喷雾形状稳定,改善油气的混合和燃烧质量,说明喷油嘴喷孔参数和流量是影响非道路小型柴油机性能和排放的重要因素。     

EGR率对正丁醇/柴油燃烧过程及排放的影响

采用不同EGR率,对柴油机燃用含正丁醇质量分数为10%的混合柴油(N10)进行了台架试验,研究了EGR率对燃用正丁醇/柴油的燃烧过程与排放的影响.结果表明:相同工况下,随着EGR率的增加,最大爆发压力下降,压力急剧升高点所对应的曲轴转角后移,主燃烧开始时刻和瞬时放热峰值也发生明显后移,滞燃期有所延长,放热峰值逐渐下降;柴油机HC,CO,碳烟排放随着EGR率的增加而有所升高,但碳烟排放仍低于柴油;NOx排放随着EGR率的增加而逐渐降低,且高负荷时,降低趋势更为明显,负荷为75%时,与EGR率为0相比,EGR率为10%时NOx排放降低了47.2%,EGR率为20%时NOx排放降低了86.3%.     

掺混PODE对增压中冷柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油发动机台架上,燃用纯柴油以及柴油中分别掺混10%、20%、30%(体积比)聚甲氧基二甲醚(PODE)的混合燃料,研究了PODE对柴油发动机燃烧排放特性以及燃油经济性的影响.结果表明PODE的掺混显著影响发动机的燃烧特性:除低速大负荷工况外,PODE的掺入明显降低了预喷放热率,改善了主喷燃料的雾化性能,加大了主喷前缸内的活化成分比例,提升了主喷期间压力升高率和燃烧放热率,提高了缸内燃烧温度,缩短了燃烧持续期.在研究范围内,PODE掺混比越大,缸内燃烧最高温度越高,主喷燃料燃烧速度越快,燃烧持续期越短.排放研究结果表明,随着PODE的掺入,发动机的NO_x排放明显上升,HC排放略有下降,CO排放变化不大.PODE的掺入能明显改善发动机的燃油经济性.     

柴油机燃用生物柴油燃烧与排放

研究了柴油机燃用0号柴油和生物柴油的燃烧放热规律．通过对燃烧特征参数的计算分析,发现生物柴油的燃烧始点有所提前,滞燃期缩短;燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前,瞬时放热率峰值下降;燃烧持续期延长．同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0号柴油的经济性和排放特性,发现燃油消耗率增加12％,而各种排放污染物除NOx略有上升外,CO、HC和颗粒物PM均显著下降．     

重型车用柴油机燃烧与排放特性分析

针对某重型车用柴油机的燃烧特性与污染物排放特点,通过台架试验方法测试了不同转速和不同负荷下重型车用柴油机的燃烧特性、主要污染物PM与NO_x排放。结果表明:对该重型车用柴油机,在外特性高转速工况下,滞燃期增长,缸内燃烧过程中扩散燃烧所占比重增加;在柴油机常用转速1 400 r/min情况下,随着柴油机负荷增加,滞燃期逐渐缩短,燃烧持续期呈先缩短后增加的趋势,扩散燃烧所占比重增加。在外特性低转速工况,柴油机缸内的滞燃期较长,燃烧温度高,碳烟和NO_x排放均较高;在高负荷工况,由于供油量加大,燃烧持续期变长、燃烧温度高,碳烟和NO_x排放也比较高。     

废气再循环对燃用生物柴油发动机排放的影响

基于一台匹配冷却废气再循环系统(EGR)的轻型高压共轨柴油机,试验研究了EGR与主喷正时对燃用生物柴油发动机排放特性的影响.结果表明:外特性下,燃用生物柴油后,发动机的氮氧化合物(NO_x)排放明显增加,而总碳氢化合物(THC)排放和超细颗粒排放数量浓度都明显降低.在转速为2 200r·min~(-1)的25%负荷下,随着EGR率的增加,NO_x排放、超细颗粒总数量浓度都明显减少,THC排放以及燃油消耗率都降低,而随着主喷的滞后,NO_x排放和超细颗粒总数量浓度也明显减少,但燃油消耗率和THC排放却增加;在50%负荷,随着EGR率的增大和主喷的滞后,NO_x排放和超细颗粒总数量浓度也明显减少,但THC排放和燃油消耗率都增加;主喷正时对超细颗粒数量的影响相对较小.综合考虑排放和燃油经济性,在25%负荷时采用较大EGR率(26%)和较早主喷(提前7.7°曲轴转角)方案,而在50%负荷时采用中等EGR率(18%)和较早主喷(提前6.3°曲轴转角)方案.     

喷射策略对某重型柴油机高原燃烧特性的影响

为研究高原条件下不同喷射策略对某重型柴油机燃烧特性的影响。建立基于ECFM-3Z燃烧模型的某增压柴油机燃烧室三维模型并将其与平原台架试验结果进行对比验证,分析在海拔4 550 m条件下不同喷射策略对柴油机缸内燃烧过程的影响。结果表明,随着喷油提前角增大,单次喷射时缸内高温区域缩小,温度分布变得均匀,缸内预混合燃烧增强。和平原条件下的结果相比,喷油提前角的增大可以减少碳烟的排放但是增加了NO_x的排放。采用多次喷射策略时,预喷的提前可以使燃油与空气混合更充分,从而有助于主喷燃油更好地燃烧,功率能够得到进一步提升,较单次喷射NO_x排放增加,碳烟排放减少。根据模拟结果最终选择预喷提前角为22°CA BTDC和主喷提前角为2°CA BTDC的喷射策略,示功图面积较单次喷射相比有所提高,可恢复至平原的85.6%。     

直喷式柴油机燃烧过程的CFD研究

本文应用三维CFD仿真软件AVL FIRE对CY4102直喷式柴油机的燃烧过程进行了数值模拟计算,再现了缸内流体的运动过程、湍流参数的变化、燃油粒子的空间分布、燃烧过程的进展状况、传热过程以及缸内温度场的分布等,结果表明:随着喷油提前角的增大,滞燃期变长,最高平均温度、压力和放热率峰值均增大,且其对应的曲轴转角均有前移趋势,同时氮氧化合物(NOX)的排放增加,碳烟(Soot)的排放减低;燃烧室速度场和柴油浓度场随曲轴转角的变化不明显。     

柴油机燃用生物柴油和柴油混合燃料的试验研究

通过对比实验研究了柴油机燃用生物柴油和柴油的混合燃料对动力性、经济性和排放特性的影响.试验结果表明:发动机燃烧过程的滞燃期略有增长,燃烧压力、压力升高率和放热率的曲线均右移,且最大值有所下降.柴油机燃用混合燃料使柴油机的动力性能和经济性能有所降低,但发动机的HC,CO,NOx和碳烟的排放却有所改善.发动机燃用混合燃料是可行的.     

燃油系统若干参数对NO_x、CO排放的影响

本文针对直喷式柴油机的燃烧过程和NO_x、CO的排放浓度,通过试验对比,结合缸内燃烧放热过程的计算,分析讨论了直喷式柴油机燃油系统若干参数(柱塞直径D_p、油嘴启喷压力P_(in)、油嘴喷孔直径D_n、喷孔的空间分布角度α和β等)对直喷式柴油机燃烧过程的影响;进而分析讨论了它们对NO_x、CO排放浓度的影响。为合理地组织直喷式柴油机的燃烧过程、降低NO_x、CO的排放浓度提供了参考依据。     

喷油时刻对缸内直喷汽油机性能的影响

通过对某涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动、混合气形成及燃烧过程的数值模拟,并借助发动机台架试验中获得的油耗、排放及燃烧数据,研究了喷油开始时刻对发动机性能的影响.结果显示,对于5 000r.min-1工况,喷油开始时刻为400°曲轴转角是混合气雾化混合的最佳方案,此时混合气分布比较均匀且点火时刻火花塞附近具有较高的湍动能,10%～90%燃烧持续期最短且HC排放较低,从而使其具有最佳的燃油经济性与燃烧稳定性.而2 000r.min-1工况的最佳喷油开始时刻推迟了30°曲轴转角.喷油提前,壁面油膜量增加,混合气当量比下降及火花塞附近较低的湍动能使得燃烧速率降低,因此HC排放、燃油经济性及燃烧稳定性均会变差.同样的情况也出现在推迟喷油中,由于混合不充分使得点火时刻混合气均匀度下降,从而使发动机性能恶化.     

柴油-丙烷发动机不同喷油提前角时的燃烧和排放特性

在一台单缸直喷式柴油机上开展了不同喷油提前角下燃用柴油和柴油-丙烷混合燃料时的燃烧和排放特性研究.研究结果表明:柴油-丙烷混合燃料的燃烧与排放参数随喷油提前角的变化趋势与燃用纯柴油时基本相同;对于给定的平均有效压力,柴油-丙烷混合燃料的放热率峰值和NOx排放随喷油提前角的推迟而减小,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随喷油提前角的推迟而增加;对于给定的平均有效压力和喷油提前角,放热率峰值和NOx排放随混合燃料中丙烷含量的增加而增大,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随丙烷含量的增加而减小.     

柴油-丁醇复合喷油燃烧模式的排放研究

在试验柴油机上进行了柴油缸内直喷结合丁醇气道喷射的复合喷油燃烧试验,分别研究了转速1 400 r/min和1 900 r/min、平均指示压力0.5 MPa和1.0 MPa 4个工况下丁醇气道喷射比例对复合喷油燃烧排放特性的影响.结果表明,丁醇比例是柴油-丁醇复合喷油燃烧过程的重要控制参数.随丁醇比例的增大,碳烟排放降低,氮氧化物排放轻微增加,HC和CO排放显著增加.与柴油-丁醇混合燃料直喷燃烧模式相比,相对低的指示热效率和高的HC排放是柴油-丁醇复合喷油燃烧面临的主要问题,因而需要对丁醇气道喷射策略进行进一步的优化.     

喷油正时对双燃料发动机低负荷性能影响的数值模拟

在基于过量空气系数控制的天然气-柴油双燃料发动机上,通过台架试验和计算流体动力学(CFD)数值模拟研究低负荷工况下喷油正时对双燃料发动机性能的影响规律.结果表明:发动机以中等转速、低负荷、 40%天然气替代率工作,适当喷油正时提前能够改善混合气质量与缸内燃烧情况.喷油正时为27°上止点前(BTDC)时,输出功率提升了18.44%,能量消耗率减少15.57%,同时一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)的排放水平分别降低37.98%和39.51%.     

高海拔区域不同燃烧室在不同喷油正时下的性能

为了在燃烧室层面对某高原船用柴油机进行“油-气-室”匹配优化,实现性能恢复,通过仿真计算与实验验证的方法对四种不同形状的燃烧室进行喷油正时提前。海拔4550米条件下的计算结果表明：在喷油提前角为12°BTDC(Before Top Dead Center上止点前)时,双层分流式燃烧室能够有效利用余隙容积空间的空气,表现出了最高的缸内燃烧压力与较低的NOx生成量;高低型双涡流室双缩口燃烧室拥有最低的NOx排放量,但SOOT排放量较高;原型ω燃烧室的SOOT排放量较低,但NOx排放量最高;底部大涡流燃烧室的高原性能表现欠佳。随着喷油正时的提前,双层分流式燃烧室始终保持着最高的缸内平均压力;高低型双涡流室双缩口燃烧室的动力性与SOOT排放量均明显得到改善;底部大涡流燃烧室的性能恢复不及其余燃烧室。在青海省对使用ω燃烧室的原型机进行喷油正时为12°BTDC与18°BTDC的实验测试,结论证明喷油正时提前的计算结果准确可靠。此研究能够为高原柴油机的燃烧室选型以及喷油正时优化提供依据。     

F-T柴油废气氛围下的燃烧及排放特性

针对煤制高十六烷值F-T柴油,在非道路柴油机上加装EGR,探究了不同EGR率下燃用F-T柴油的燃烧特性及排放特性.结果表明:引入EGR使滞燃期延长,燃烧重心后移,最高爆发压力、瞬时放热率峰值和缸内平均燃烧温度降低;与不引入EGR相比,EGR率为15%时,NO_x显著下降,燃烧参数变动小,HC和CO略有增加;EGR率为30%时,燃烧重心明显后移,NO_x的比排放最大降幅为61.6%,HC和CO的比排放增幅分别为13.2%和13.3%;F-T柴油在单缸机的颗粒粒径分布呈对数正态分布,随着EGR率的增加,低负荷时,峰值粒径减小,颗粒向小粒径颗粒转化;中、高负荷时,峰值粒径增加,颗粒向大粒径颗粒转化.     

乙醚生物柴油混合燃料发动机的燃烧和排放特性

为了研究添加乙醚对生物柴油性能的影响,在1台单缸柴油机上对BD100生物柴油、D2.5(乙醚体积分数为2.5%)与D5(乙醚体积分数为5%)3种燃料的燃烧与排放特性进行了对比试验研究。研究结果表明:与BD100相比,D2.5与D5的燃烧始点在1 500r/min时几乎相同,在1 800r/min时略有延迟;峰值燃烧压力及峰值燃烧放热率增加,但对应的曲轴转角完全相同;第2峰值燃烧放热率明显降低,从而减少了燃烧过程的后燃量;燃烧放热率型心对应曲轴转角靠近上止点,提高了循环定容度,有利于提高有效热效率;有效燃油消耗率明显降低且有效热效率明显提高;1 800r/min负荷特性下,碳烟排放分别平均下降了20.78%与39.59%;1 800r/min负荷特性下,CO排放分别平均降低了27.82%与47.14%;1 800r/min负荷特性下,NOx排放分别平均增加3.41%与7.73%;HC排放没有明显规律。研究结果表明添加乙醚可以改善生物柴油的燃烧和排放特征。