电控燃料喷射大功率气体发动机的试验研究

针对大功率气体发动机的进气管回火和扫气过程燃料流失等问题,建立一种气体燃料电控喷射装置,进而实现大功率气体发动机的燃料多点顺序间歇供给。搭建发动机试验平台进行发动机启动、怠速稳定性、各缸均匀性调整以及增减负荷的试验。结果表明,气体燃料电控喷射装置可以有效地实现燃气量的实时独立调节,发动机运行平稳,验证了技术的可行性。通过应用气体燃料电控喷射装置,增大发动机扫气重叠角和提高压缩比,可进一步改善发动机性能。     

进气门晚关与高压缩比技术在汽油机上的应用

针对混合动力汽车用发动机的特点,通过模拟和试验相结合的方法,研究了进气门晚关与高压缩比对汽油机部分负荷性能的改善作用以及由于发动机参数变化对外特性的影响.研究结果表明:部分负荷应用进气门晚关与高压缩比可在排放变化不大的前提下使发动机油耗降低4%~10%;进气门晚关控制负荷有效降低了泵气损失,配合几何压缩比的提高和点火提前角的优化,实现了较好的燃烧性能,提高了膨胀比;综合作用下使得有效热效率提高;较长进气持续期和较大几何压缩比的应用使得外特性扭矩降低2%~5%的同时,油耗平均5%.     

汽油直喷发动机燃烧特性分析

通过试验研究了2.0 L汽油直喷(GDI)发动机在中、低转速和部分负荷下的燃烧特性,并与进气道喷射(PFI)发动机的燃烧特性进行了对比,同时分析了滚流比对GDI燃烧特性的影响.结果表明:在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa的工况下,GDI发动机的燃烧速度要低于PFI发动机的;发动机在中、低转速工况下,提高气道滚流比可以增强缸内气流运动强度,提高混合气的燃烧速度;当发动机转速达到3 000 r/min时,高滚流比会引起燃烧过程恶化.进气道翻板的应用可以提高低转速发动机的气流运动速度,加快缸内混合气的燃烧,改善低转速发动机的热效率.在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa工况下的计算流体力学分析结果显示,进气道翻板的关闭会增强缸内气流运动强度,提高可燃混合气分布的均匀性.     

改善大功率车用发动机低工况性能的AVIEIT系统

随着大功率车用发动机强化程度的不断提高 ,低工况供气不足将导致大功率车用发动机低工况性能恶化 .采用了 AVIEIT系统改善大功率车用发动机低工况性能并降低其机械负荷和热负荷 .整机性能模拟计算结果表明 ,采用 AVIEIT系统 ,大功率车用发动机最大扭矩工况的燃烧过量空气系数由 1 .447提高到 1 .562 ,涡轮前排气温度降低了 45℃ ,发动机最大爆发压力由 1 5.4MPa降低到 1 4.9MPa,改善了大功率车用发动机的低工况性能 ,同时降低了机械负荷和热负荷 ,而油耗率只增加了 1 .6g/( k W·h) ,达到了预定设计指标 .     

二甲醚均质充量与柴油喷射复合燃烧方式的发动机性能

为了探索二甲醚均质充量对降低发动机的氮氧化物和碳烟排放的有效性,在一台高压共轨增压中冷柴油机上进行了二甲醚均质充量与柴油复合燃烧性能和排放特性研究。试验结果表明:在二甲醚供给量控制在不发生爆震燃烧的前提下,发动机采用复合燃烧方式运转与单独燃烧柴油时的有效热效率相差很小,其中在低负荷时,复合燃烧时的有效热效率比单独燃烧柴油时稍低,但在中大负荷时比单独燃烧柴油时的有效热效率有所提高。复合燃烧时可以大幅降低发动机的氮氧化物排放和碳烟排放。在发动机大负荷工况条件下,对于两种燃烧工作模式,HC和CO排放量数值逐渐接近。     

氢气机循环的热力学分析及其变化特征

对氢发动机各过程进行了热力学分析,建立了氢气机循环的数学模型并进行了计算机模拟,结果表明,氢气机有良好的燃烧特性和散热条件,其热效率与常规燃料相当,当过量空气系数在合适的范围内变化时,发动机可以正常工作,正确地选择压缩比是发动机正常工作的必要保证。     

氨/柴油双燃料船用中速发动机燃烧及排放特性

基于一台缸径为400 mm的船用中速柴油机开展计算流体力学(CFD)数值模拟，研究在进气道喷射氨气、缸内直喷柴油的双燃料燃烧模式下发动机的燃烧和排放特性．计算结果表明：随着氨预混合气当量比增加，氨气的燃烧效率提高，但会导致爆压增高；柴油能量比提高，会提高燃烧效率，但过高的柴油能量比会使柴油燃烧不充分，导致CO排放量增加；适当降低发动机压缩比能延长滞燃期，从而提高燃烧效率和指示热效率．当发动机压缩比为13、氨气预混合气当量比为0.55、柴油能量比为10%时，燃烧爆发压力为18.2 MPa，指示热效率达到47.2%，发动机能够获得较为优越的综合性能．     

不同压缩比下稀释方式对直喷汽油机节油影响

基于一台1.0 L涡轮增压发动机,在9.6及12的压缩比下,研究了化学当量比、稀薄燃烧(稀燃)及低压废气再循环(EGR)工况下的燃烧与油耗特性.结果表明:EGR在压缩比12、大负荷工况下,节油效果优于稀燃,其余工况下稀燃的节油效果均更好.通过改变压缩比并结合稀燃或EGR,小、中、大负荷下燃油消耗率(BSFC)相比于压缩比9.6化学当量比工况降低最多为7.5%、10.4%和9.3%.结合一维仿真,分析并对比了大负荷下稀燃与EGR的节油原因及其差异.结果表明:在压缩比12、大负荷、过量空气系数(λ)小于1.4的情况下稀燃不能抑制爆震,节油效果不明显;相同工况下EGR可以有效抑制爆震,降低燃油消耗率达5.5%;大负荷下稀燃和EGR的节油来源主要为传热损失和排气损失减少,二者对节油的贡献程度之和大于90%.     

压缩比和CO2对二甲醚燃料均质压燃燃烧的影响

在一台2-135柴油机上实现了纯二甲醚(DME)的均质充量压燃(HCCI)的燃烧方式.为了扩展发动机适用工况,控制HCCI着火,进一步通过调节试验发动机压缩比以及在优化的压缩比下在进气道中加入气体CO2的方法来改进和控制HCCI的燃烧.试验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于零排放.在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷增加而减少.对DME的HCCI燃烧机理等进行研究表明,由于纯DME十六烷值高导致着火较早(上止点前28°左右),该发动机只能在中低负荷较小范围内运行.改进的燃烧方法可以有效地控制HCCI燃烧,拓展HCCI发动机运转范围.     

基于AVL-BOOST的米勒循环发动机性能分析研究

传统奥托循环发动机的燃油消耗率较高,经济性较差,不能满足日益严格的油耗法规和混合动力汽车的要求,因此改善发动机燃油经济性变得日益迫切。在混合动力发动机上采用米勒循环、EGR(废气再循环)以及高压缩比等技术均有利于降低燃油消耗率。在新设计的进气凸轮工作转角下,研究了EGR率、气门正时、压缩比等主要因素对发动机进气过程、泵气损失、燃烧过程以及发动机性能的影响规律。结果表明:推迟进气门关闭时刻,有利于降低缸内燃烧压力和温度,进气门迟闭角每增大10°CA,缸内最大温度约降低120 K,但过大的气门晚关时刻会使缸内燃烧恶化,一定程度上削弱了由于泵气损失的降低对燃油经济型的改善。在2 000 r/min,外特性工况,270°CA进气凸轮工作转角下,压缩比为13时,发动机燃油消耗率达最低为253.1 g/(kW·h)。在2 000 r/min, 1.2 MPa工况,EGR率为5%时,燃油消耗率降到了235 g/(kW·h),相比原机,采用米勒循环技术后发动机经济性有较大改善。     

降低电控喷射汽油机燃油消耗率及NO_x排放的研究

在一台单缸电控燃油喷射汽油机上 ,采用排气再循环 (EGR)及提高压缩比的方法来改善汽油机在化学计量比下运行时的经济性 ,降低其NOx、(NOx HC)的排放 .结果表明 ,当压缩比ε提高到 10、并优化进气涡流比和排气再循环率后 ,汽油机的平均比油耗下降了 2 5 4 % ,NOx 的平均排放体积分数下降了 5 4 8% ,(NOx HC)的平均排放体积分数下降了 4 3 2 4 % .放热规律的计算表明 ,汽油机的燃烧过程有较大的改善     

改善增压天然气发动机排放特性的途径

通过试验研究增压稀薄燃烧天然气发动机的排放特性,以及排气温度受过量空气系数λ的影响,研究结果表明:随着过量空气系数的增大,NOx与CO和HC的排放量变化趋势相反;压缩天然气发动机采用稀薄燃烧(λ＞1.0)技术的源排放能达到国Ⅲ标准,在加装普通三效催化转化器(TWC)后,其排放也只能达到国Ⅲ标准.原因是普通三效催化转化器只有在λ≈1.0时,其转化效率最高;米勒循环发动机的膨胀比大于压缩比,这有利于降低排气温度和提高热效率.因此,本文提出天然气发动机达到国Ⅳ排放标准一种新的技术路线:基于当量比燃烧(λ=1.0)的米勒循环技术,通过连续可变气门正时(CVVT)机构来调节气阀的开启和关闭时刻.采用该技术可以适当地增大发动机的压缩比,从而保证发动机的动力性和提高热效率,又可有效地降低排气温度,实现当量比燃烧,极大地提高了排放污染物在三效催化转化器中的转化效率,使天然气发动机排放达到国Ⅳ排放标准.     

缸内直喷式汽油机燃用化学计量比混合气的试验

将一台TY1100柴油机改装为缸内直接喷射汽油机，当发动机运行在不同负荷工况下，采用不同的混和气浓度分布，实现了部分负荷采用分层燃烧以获得发动机的经济性，全负荷采用化学计量比混合气，实现了均质预混和燃烧以获得发动机的动力性．台架试验表明，燃油消耗量能降低6％，UBHC排放能降低31％，NOx排放能降低10％．     

汽油机掺水蒸气热力过程的试验研究

本文通过试验探讨了在同一压缩比或不同压缩比时,掺水蒸气对动力性、经济性和排放性能的影响。由试验论证了水蒸气的掺入导致最大爆发压力和燃烧最高温度均下降,其效果为有效地抑制了爆震,提高了燃料的辛烷值。并论证了调整点火提前角,使得汽油机处于经济运行状态的必要性。同时分析了提高压缩比并掺水蒸气后有效热效率提高的主要来源是燃料—空气理想循环热效率的提高。并分析了水蒸气掺入进气管后状态的变化所依赖的因素。     

汽油机缸内直喷周向分层燃烧系统的试验研究

开发了一台采用缸内直喷周向分层燃烧系统的汽油机，对喷嘴型式，火花塞与油束相对位置，供油提前角，喷油压力，进气涡流比，喷油泵柱塞直径和压缩比等燃烧系统的主要参数进行了优化，得到了发动机燃用汽油时的最优参数，采用缸内直喷周向分层燃烧系统后，汽油机的热效率与柴油机的大致相当。     

二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性

为开究二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性，在单缸发动机上进行了二甲影甲醇均质压燃的试验研究．结果表明，随二甲醚浓度增加，主燃烧时刻提前，燃烧持续期缩短，放热率峰值升高；随甲醇浓度增加，低温反应变得不明显，主燃烧时刻推迟，燃烧持续期延长，因此通过调节2种燃料浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程．在均质压燃正常燃烧范围内，燃烧效率和指示热效率随二甲醚浓度的增加而提高，随甲醇浓度的增加而降低，通过采用较浓的二甲醚可以获得比较高的指示热效率值，试验中在较高负荷采用高浓度二甲醚时，指示热效率达到48％．     

低浓度煤层气发电机组技术及其应用

以低浓度煤层气为燃料，用往复活塞式内燃机发电是综合利用低浓度煤层气(俗称瓦斯)的最佳途径之一。应用电控技术，闭环电子控制空气与瓦斯配比，适应浓度和抽排压力的变化，使瓦斯用作活塞往复式内燃机燃料成为现实。论述了瓦斯发电机组发电技术的特点、流程，并对其安全性、经济效益进行了分析，并对瓦斯发电的前景作了展望。     

钢铁企业燃气互换性研究

以钢铁企业普遍应用的加热炉为研究对象,从热平衡方程入手分析燃气在不同燃烧条件下的燃料利用系数.通过燃气互换性计算,从火焰稳定性、热负荷强度和合理置换等方面研究了适合于工业类加热炉及锅炉动力类设备的燃气互换性问题,具体研究了不同热值高、焦混合煤气置换纯焦炉煤气的可行性,得出在满足生产工艺要求下不同燃气的置换.研究表明:当空气消耗系数n=1.05,燃气混合体积比α≥0.3时,混合煤气的热值大于7 860 kJ/m3,用来置换焦炉煤气,可满足生产工艺要求,节约煤气资源,减少环境污染.