纯甲醇发动机均质压燃燃烧特性模拟

以甲醇为燃料,模拟研究了进气温度、过量空气系数、压缩比、EGR率等参数对均质充量压燃(HCCI)发动机燃烧特性的影响,同时确定了HCCI可行的工作范围.采用单区燃烧模型和详细化学反应动力学机理通过CHEMKIN软件模拟了甲醇发动机的燃烧特性.计算结果表明:随着进气温度和压缩比的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均升高;过量空气系数对燃烧始点影响很小,对燃烧持续期有一定影响;随着EGR率的增加,着火时刻推迟,燃烧持续期增加,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均降低.发动机转速为1 500 r/min,不使用EGR、过量空气系数为5～9时,可以实现HCCI燃烧,随着EGR率的增加,HCCI燃烧区范围变窄.     

缸内直喷LNG发动机工作过程的数值模拟

以一台4气门车用汽油机改装的缸内直喷LNG发动机为研究对象,应用STAR-CD软件建立了缸内直喷LNG发动机工作过程的计算模型,对其工作过程进行了数值模拟,并分析了缸内直喷LNG发动机工作过程中缸内流场的动态特性及其温度场、压力场的变化.结果表明,在进气过程,进气道和气缸内会出现强烈的湍流运动;随着进气过程的持续,缸内压力会变得均匀;燃烧过程中,气缸内局部会出现温度过高.     

基于缸内压力振荡的冷EGR对汽油机爆震特性的影响

基于内燃机缸内压力波动方程研究了冷废气再循环(EGR)对汽油机爆震特性的影响.由KIVA-3V燃烧程序的三维流场推导出内燃机缸内压力波动方程,并分别从均值压力和波动压力角度来讨论冷EGR对汽油机爆震的影响规律.分析了不同冷EGR率下燃烧室温度、均值压力和波动压力等燃烧特性.结果表明:随着冷EGR率的增加,缸内燃烧温度、压力升高率大大降低,燃烧持续期明显增加;同时,缸内压力波动幅值明显降低而均值压力变化不大,可见引入适当的冷EGR率对汽油机高频压力振荡有很好的抑制作用.最后,对缸内压力波动进行频谱特性分析,探讨了燃烧室空腔共鸣和发动机爆震之间的关系.     

汽油掺烧甲醇裂解气的燃烧特性研究

为了评估掺烧甲醇裂解气对发动机燃烧特性的影响,基于某型发动机进行数值仿真与台架试验,运用CONVERGE建立其仿真模型,并通过发动机缸压对仿真模型进行标定,进而研究了汽油发动机掺烧甲醇裂解气后点火提前角、掺混比和过量空气系数对发动机燃烧特性的影响.结果表明:当其他条件相同时,平均指示压力随着点火提前角的增大先升高后降低;在最佳点火角下,掺烧甲醇裂解气发动机相比于原汽油机动力性变化不大时,指示热效率有所提高.当掺烧甲醇裂解气后,随着掺混比例的增加,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的升高,且燃烧速度加快,放热更加集中.当掺混比例一定时,随着过量空气系数的增大,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的降低,相应地可以通过改变掺混比例来适应过量空气系数的变化.同时甲醇裂解气的点火界限十分宽泛,当过量空气系数为1.4时,汽油已经难以点燃,燃烧恶化,当掺烧甲醇裂解气后,燃烧状况明显好转,可实现稀薄燃烧.由此可见:汽油掺烧甲醇裂解气可以改善燃烧特性,提高指示热效率;在汽油掺烧甲醇裂解气发动机上,利用稀薄燃烧、优化点火正时等,可以在发动机部分负荷工况下得到更好的燃油经济性.     

低压EGR对增压直喷汽油机燃烧和油耗的影响

基于一台增压直喷米勒循环发动机,加装低压废气再循环系统(LP-EGR),通过改变EGR率,研究LP-EGR对汽油机燃烧和油耗的影响。研究结果表明:在中小负荷工况下,EGR通过降低泵气损失来减小发动机油耗,油耗最高能减小8.41%;在大负荷工况下,EGR通过抑制爆震,修正点火时刻来降低油耗,油耗最高能减小5.67%;在近全负荷工况下,EGR通过降低排气温度,减少"过喷油"来降低油耗,油耗可减小20.4%。在燃烧方面,EGR会导致燃烧放缓,燃烧循环变动增大。随着EGR率的增大,着火时刻推迟,燃烧持续期增大,最大放热率降低,缸内最高温度降低;由于优化了点火提前角,缸内最高压力增大。     

天然气掺氢配合废气再循环发动机燃烧过程的数值模拟

基于AVL-FIRE软件,数值模拟了掺氢比为20%、不同当量比(0.9～1.4)、不同废气再循环率(0-0.25,指废气的质量分数)的情况下,天然气掺氢发动机缸内压力、温度、氮氧化合物随曲轴转角的变化规律及其三维空间分布.缸内压力的计算值与实测值达到很好的吻合,表明模拟计算能进行天然气掺氢发动机的燃烧分析.计算结果表明:当天然气掺氢发动机使用废气再循环(EGR)后,缸内温度、压力、放热量和NO质量分数都降低,NO出现的时刻推迟.废气再循环率大于15%时,NO质量分数降低的速度已不明显.使用EGR是降低NO排放最直接和最有效的手段.在过量空气系数1.1处,NO生成量最高.稀薄燃烧也是天然气掺氢发动机实现低NO排放的重要手段.     

缸径和压缩比对微型内燃机微燃烧性能的影响

为了考察缸径和压缩比对微型内燃机微燃烧特性的影响规律和机理,采用层流有限速率模型耦合甲醇-硝基甲烷燃烧化学反应机理,对其燃烧过程进行了多维仿真.深入分析了缸径和压缩比对微燃烧特性的影响.仿真结果与实验结果比较一致,缸径对甲醇-硝基甲烷微型内燃机微燃烧特性影响显著.当缸径从9.00mm减小到3.38mm时,在压力上升阶段,缸内压力和温度增大;最高压力值先增大后减小,最终最高压力值下降约6×105 Pa,到达最高压力值所需时间缩短约30℃A;燃气燃烧速率也增大,完全燃烧时刻提前约40℃A.进一步分析揭示了缸径影响燃烧特性的本质机理,缸径对缸内燃烧特性的影响取决于缸内未燃燃气总量、散热损失占燃烧释放总热量比值、燃料完全燃烧时刻这3个因素.在给定参数下,实现完全燃烧临界缸径约为3.38mm.随压缩比提高,缸内压力和温度增大且最高压力值和温度值也增大.     

柴油机燃烧过程的数值模拟及燃烧室改进

为了改善柴油机燃烧室内混合气的形成状态和燃烧质量,对改装DLH1105型直喷柴油机缸内喷雾和燃烧过程进行了动态数值模拟,并在压缩比不变的情况下设计了3种不同结构的燃烧室,分别为敞口型、直口型和缩口型.通过STAR-CD软件对3种结构的燃烧室进行了三维数值模拟,获得了柴油机的缸内流场、燃油质量分数分布和温度场.结果表明:模拟出的缸内喷雾和燃烧过程与可视化试验的结果吻合,计算模拟的方法可靠;缩口型燃烧室有较强的挤流强度,较长的涡流持续期,使混合气质量和燃烧性能优于直口燃烧室和敞口燃烧室,缸内压力和平均温度最高,Soot生成量最少,同时NO的生成量最大.     

基于AVL-FIRE的SAI发动机缸内流场仿真简

针对通用汽油机的充气技术,提出缸侧辅助充气(SAI,Side Air Injection)方法,通过优化缸内气流在中小负荷实现分层稀薄燃烧.以168F通用汽油机为原型,使用AVL-BOOST计算出初始条件,再运用AVL-FIRE仿真分析在不同辅助充气压力下SAI发动机对缸内速度场、湍动能和当量比的影响.分析表明:SAI发动机可在火花塞周围形成尺度大涡流强的分层混合气,可提高燃烧速率,改善汽油机稀薄燃烧着火稳定性.     

甲醇缸内直喷发动机的燃烧特性

在一台四缸柴油机改造的复合导流分层燃烧缸内直喷火花点火甲醇发动机上,开展了燃烧特性的试验研究．研究表明：该甲醇发动机的最大压力位于上止点后14°～17°的位置,离上止点较近,燃烧定容性好,热效率高;最大压力升高率低,发动机工作柔和,燃烧噪声低;燃烧放热率曲线的形状与传统汽油机预混燃烧单峰形状相似,没有出现扩散燃烧导致的双峰放热现象;在宽广的转速和负荷范围下,平均指示压力的循环变动不超过10％,燃烧稳定性好．     

余热气化甲醇燃料对内燃机性能的影响

提出了采用内燃机废气余热气化甲醇,并将该方案同时应用在自然吸气和增压发动机上.通过将这两种方案与原汽油机进行对比,预测这两种方案对发动机动力性和经济性的改善潜力.结果表明:甲醇蒸汽发动机在外特性下功率较原汽油机最大下降了7.1%,热效率最大提高了3.0个百分点;增压后,动力性和经济性较原汽油机和甲醇蒸汽发动机都有较大提高,当增压压力为0.15MPa时热效率较原汽油机最大可提高4.0个百分点,表明余热气化甲醇在内燃机上具有较好的节能潜力.     

高比例甲醇汽油车用控制系统

为解决高比例甲醇汽油无法直接应用于普通汽油机的问题,立足于延长喷油脉宽的思路,设计了以微控制器(MCU, Micto Controller Unit)为核心的高比例甲醇汽油控制系统,并进行了PROTEUS仿真与台架试验,发现使用该控制系统时,Flyer M-TCE发动机燃用M85甲醇汽油表现良好。结果表明：高比例甲醇汽油控制系统可以在不对原行车电脑进行更改的前提下有效控制发动机燃油喷射量,提供了在普通汽油发动机上应用高比例甲醇汽油的新思路。     

压燃式纯甲醇发动机的试验研究

对双缸柴油机上直喷压燃方式燃烧纯甲醇的燃烧特性进行了研究。根据甲醇燃料 汽化潜热大、自燃温度高、直接田燃困难等特点，采用提高压缩比进气加热等措施， 成功地使纯甲醇在直喷田燃方式下获得了稳定运转。结果表明，这种甲醇燃烧方式能 有效地降低柴油机的ＮＯｘ排放量，其能耗率与现有柴油机基本相等，并就这种新型 甲醇代用方式的燃烧过程示功图、放热率、滞燃期及热效率等特点与柴抽相比较，进 行了较深入的分析探讨。     

二元煤基燃料柴油机的NOx和PM排放研究

通过发动机台架试验研究了F-T柴油引燃甲醇在柴油机上的NOx和PM排放以及二者之间的平衡问题。结果表明：柴油机燃用二元煤基燃料较F-T柴油NOx和PM排放最高降低45.8%和41.2%;0.30MPa和0.60MPa,1600r/min时,NOx排放较低;PM排放在2000r/min下最低,在1200r/min下最高;0.45MPa,1200r/min和2000r/min时,供油时刻为20°CA BTDC附近可以得到较低的PM排放和较低NOx排放,而在1600r/min下二者出现tread-off关系。F-T柴油引燃甲醇在柴油机上可以同时有效降低NOx和PM排放。     

煤基混合燃料对发动机燃烧及振动特性的影响

以Fischer-Tropsch(F-T)柴油为基础油,配以10%体积比的甲醇、丁醇混合燃料,在4100QBZL增压中冷柴油机上进行试验,就煤基混合燃料对柴油机的燃烧过程及振动特性的影响进行研究。研究表明:柴油机燃用F-T柴油、甲醇/F-T及丁醇/F-T燃料时,比0#柴油滞燃期缩短,燃烧始点提前,放热率曲线的第一个峰值点低,同时相位提前,第二个峰值点与0#柴油基本相当,混合燃料燃烧、放热更加柔和;混合燃料的压力升高率曲线的峰值明显低于0#柴油,工作更加柔和;燃用混合燃料时,因燃烧引起的柴油机气缸盖振动明显小于燃用0#柴油,但是燃用混合燃料时对气缸盖的冲击作用高于0#柴油。     

醇类燃料的应用研究

本文介绍了甲醇、乙醇及其含水燃料在压燃式发动机上的应用。研究结果表明:通过改质方式可在压燃式发动机上使用甲醇、乙醇及其含水燃料,发动机的动力性指标无明显变化,总燃料消耗率(按能量比计)约降低10％,排气烟降低20％左右。     

车用甲醇汽油燃料技术性能

为规范甲醇汽油燃料的应用和生产,研究了甲醇与汽油互溶问题。通过发动机的动力性和经济性试验,确定了甲醇的添加比例、甲醇汽油的标号和甲醇汽油标准指标。研究结果表明:体积分数为15%、25%两种比例的甲醇汽油在应用时,无需对车辆做任何改动,功率分别能达到国标90#汽油的97%和93%,排放平均下降10%,经济性提高约6%。     

食用油下脚料制生物柴油混合燃料的发动机性能改善研究

在单缸直喷柴油机上燃用生物柴油混合燃料进行动力性与经济性、燃烧与排放特性试验。研究表明:与燃用纯生物柴油相比,发动机燃用生物柴油醇类混合燃料功率降低;有效燃油消耗率增加,有效能量消耗率降低;燃烧压力曲线后移,小负荷时峰值压力降低,中高负荷时峰值压力增加;CO与碳烟排放浓度降低(掺混甲醇效果更好)、HC排放略有增加但绝对值低、NOX排放基本保持不变。     

甲醇汽油发动机醇醛排放特性及其影响因素研究

在一台JL368Q3汽油机上分别燃用汽油和M10(甲醇、汽油体积比为1∶9)甲醇汽油混合燃料,并利用气相色谱仪(氦离子化检测器)实验研究了甲醇和甲醛的排放特性及点火提前角对醇、醛排放的影响.结果表明,甲醇排放来源于燃油,其受最高燃烧温度影响较大,该排放将随着发动机转速和排气温度的升高而降低.甲醛由碳氢和甲醇在排气管中经氧化而生成,其排放量随着发动机转速和排气温度的提高而增加.汽油机的甲醛排放量随着转矩的增大先增后减,在中、高负荷时,M10发动机甲醛排放量为汽油机的1.5～4.5倍,随着发动机转速的提高,这2种负荷下的甲醛排放量差距减小.     

468QJ纯甲醇发动机设计

概述了太原理工大学自行研制的468QJ纯甲醇发动机的结构特点和燃烧方式，并对它的整机性能进行了测试，同时与其它同排量的汽油机进行了比较；证明了用468QJ发动机替代排量1L的汽油机燃用甲醇发动机可以解决石油短缺的问题。