缸内直喷液化石油气/柴油混合燃料发动机燃烧特性研究

根据实测示功图,系统分析了柴油中掺混不同比例的液化石油气(LPG)时发动机的燃烧放热规律.研究结果表明:混合燃料中LPG的质量分数小于10%时,其燃烧放热规律与纯柴油基本相同,随着LPG质量分数的增大,最高爆发压力和压力升高率降低,对应的曲轴转角滞后;当发动机转速较低时,在LPG质量分数大于20%后,混合燃料的燃烧始点比纯柴油延迟7°~11°,最高燃烧放热率略高于纯柴油,对应的曲轴转角滞后,预混合燃烧量增加,扩散燃烧量减小,燃烧持续期缩短约6°~9°;当发动机转速较高时,在LPG质量分数大于20%后,混合燃料的燃烧始点比柴油延迟11°~13°,最高燃烧放热率远低于纯柴油,燃烧持续期延长约22°~25°;在不优化发动机供油提前角等参数时,LPG的质量分数不宜高于20%.     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性

分析了柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性和放热规律,研究了相同十六烷值条件下混合燃料中含氧量对燃烧特性和放热过程的影响,为柴油机燃用含氧混合燃料提供理论指导和试验依据.研究结果表明:十六烷值改进剂(亚硝酸异戊酯)的体积分数为0.2%时,可使其着火性能与乙醇的体积分数减小10%时的水平相当.当保持十六烷值不变,混合燃料中氧的质量分数提高3.6%,扩散燃烧期和总燃期的曲轴转角平均缩短0.8°,中高负荷放热率曲线型心位置的曲轴转角向上止点平均靠近0.25°,可以认为,试验结果反映了混合燃料含氧量对燃烧的影响.     

二甲醚/甲醇混合燃料HCCI燃烧特性数值模拟

为了研究混合气浓度及燃料掺混对二甲醚/甲醇混合燃料HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧特性的影响,对不同过量空气系数和二甲醚掺混比下的醇醚混合燃料HCCI燃烧过程进行了模拟计算,分析了缸内温度、压力、压力升高率、放热率和燃料消耗路径随过量空气系数和二甲醚掺混比的变化关系。结果表明,随过量空气系数增大,缸内压力、温度、放热率和压力升高率峰值减小,相位推迟,过量空气系数太大时,CO的进一步氧化反应会受到阻碍,使缸内产生大量的CO残留;随二甲醚掺混比的增大,缸内压力、温度峰值增大,相位提前,压力升高率和放热率峰值减小;二甲醚HCCI燃烧放热率曲线存在3个峰值,第1个峰值出现上止点前曲轴转角30°,为二甲醚低温氧化放热,对应缸内温度为804 K,第2个峰值出现在上止点前曲轴转角15°,对应缸内温度为1 193 K,为甲醛等中间产物氧化生成CO时放热,第3个峰值为CO氧化,生成CO₂时放热,第2和第3个放热率峰值为二甲醚的高温氧化放热阶段,与甲醇掺混燃烧时,二甲醚的低温氧化反应对混合气的燃烧起到了促进作用。     

F-T柴油/乙醇混合燃料的燃烧及排放特性

在具有高十六烷值的F-T柴油中添加不同比例的乙醇燃料制得乙醇/F-T柴油混合燃料,通过与0#柴油和纯F-T柴油进行比较,研究其燃烧和排放特性。研究结果表明:与0#柴油相比,F-T柴油的滞燃期最短,混合燃料的滞燃期小于0#柴油、大于F-T柴油,且混合燃料乙醇比例越高,滞燃期越长;混合燃料燃烧始点提前,累计放热量达50%时的曲轴转角CA50增大,燃烧放热中心推迟,燃烧放热率第一峰值点下降,预混燃烧放热量降低,使燃烧温度降低,第二峰值点上升,扩散燃烧比重增大。在外特性2 000 r/min下,相比于0#柴油,混合燃料E10、E20的NO_x排放分别降低了24.9%和30.6%,碳烟排放分别降低了65.1%和76.2%,甲醛排放分别降低了67.7%和45.9%。     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的燃烧特性

开展了缸内直喷火花点火发动机燃用天然气掺氢混合燃料燃烧特性和放热过程的试验研究．研究结果表明：在给定喷射脉宽条件下，天然气掺氢比小时，燃烧放热率低，当氢气的体积分数达到10％～18％后，对提高混合燃料发动机燃烧速率有明显效果；火焰发展期、快速燃烧期、燃烧持续期和放热率曲线型心位置对应的曲轴转角随掺氢比增加呈先增加后减小趋势，当氢气的体积分数达到18％时可以缩短火焰发展期、快速燃烧期和燃烧持续期，放热率曲线型心位置对应的曲轴转角靠近上止点；缸内最高燃烧压力、最高燃气平均温度、最大压力升高率和最高放热率随掺氢比的增加呈先减小后增加趋势；天然气掺氢燃烧特性在低转速时比在高转速时受掺氢比的影响大．     

二甲醚均质压燃燃烧化学反应动力学机理数值模拟

应用单区燃烧模型对二甲醚(DME)均质压燃燃烧(HCCI)的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究.通过分析在内燃机压燃燃烧边界条件下DME燃料氧化反应过程中的关键基元反应速度、关键中间产物以及自由基的浓度随曲轴转角的变化,得到了DME燃料燃烧氧化的反应途径.结果表明,DME燃料均质压燃燃烧具有明显的两阶段放热特性,即低温反应放热和高温反应放热;燃料脱氢产物的两次加氧反应是低温反应发生的关键;脱氢产物的第一次加氧反应转向脱氢产物的裂解反应是高温反应的主要途径.DME低温反应阶段的主要氧化产物包括甲醛(CH2O)和甲酸(HOCHO).     

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.     

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。     

供油提前角对LPG/柴油混合燃料发动机的影响

通过测试燃烧压力,计算瞬时燃烧放热率和燃烧循环变动率,研究供油提前角变化对液化石油气(LPG)/柴油混合料发动机燃烧特性和燃烧循环变动的影响.试验结果表明:供油提前角增大,最高燃烧压力和最大瞬时燃烧放热率增大,所对应的曲轴转角提前;随着供油提前角的增大,混合燃料的滞燃期延长;在较低转速时,供油提前角为22°CA BTDC时,混合燃料的燃烧持续期最短,在较高转速时,供油提前角对燃烧持续期的影响与发动机的负荷有关;供油提前角和负荷对混合燃料发动机最高燃烧压力循环变动率的影响没有明显的规律;转速增加,循环变动率略有增大.     

小型直喷柴油机燃用生物柴油的放热规律

利用发动机试验台架和燃烧分析仪,测录了燃烧压力随曲轴转角的变化关系,计算并对比分析了发动机燃用生物柴油和柴油时的燃烧放热规律.结果表明:与燃用柴油相比,生物柴油的最高燃烧压力和最大压力升高率在低速、小负荷时明显较高;在高速、小负荷时与柴油发动机的基本相同;在大负荷时低于柴油机的水平,对应的曲轴转角略有提前;生物柴油的瞬时燃烧放热率峰值随转速和负荷的变化趋势与最高燃烧压力基本相同,对应的曲轴转角提前2° CA～3° CA;生物柴油的燃烧始点比柴油早1° CA～2° CA,整个燃烧过程有所前移;生物柴油发动机在小负荷时工作粗暴,而在大负荷时工作柔和.     

缸内直喷灵活燃料发动机燃烧特性的研究

根据实测示功图,计算了发动机的燃烧放热规律,并系统分析了一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层的燃烧系统灵活燃用甲醇、乙醇和汽油时发动机的燃烧特性.研究表明,缸内直喷灵活燃料发动机在燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存,燃烧循环变动小于6%;具有非常快的燃烧速率,上止点后曲轴转角为3°～6°时就可燃烧完50%的燃料,燃烧持续期在28°～37°曲轴转角范围内;甲醇的燃烧速率最快,汽油的燃烧速率在低负荷时比乙醇稍快,在高负荷时比乙醇慢.     

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。     

含石蜡燃料热分解特性研究

采用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TGA)对HTPB燃料、石蜡及含石蜡燃料的热分解过程进行了分析。研究了石蜡含量、碳粉含量和不同升温速率对含石蜡燃料热分解过程的影响。实验结果表明:石蜡热分解过程可以分为低温分解阶段和高温分解阶段。含石蜡燃料的热分解主要分为四个阶段;随着石蜡含量的增加,样品的初始分解反应放热峰温和第三反应放热峰温不断提前,放热量不断增大,而对其第二分解放热峰和镁粉氧化放热峰基本无影响;随着升温速率的增大,含石蜡燃料各分解反应的放热峰温不断提高,第二、第三分解反应的放热量增大;计算出了4#含石蜡燃料的第一、第二、第三热分解反应的活化能E和指前因子A。     

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。     

纯甲醇压燃过程及其循环变动的模拟分析

建立了适合于多种燃料燃烧过程的零维数学模型，并利用优化算法 Ｐｏｗｅｌｌ法对 Ｖ２ｂ 函数中的各参数进行优化求解。应用此模型对实机燃用纯甲醇的压燃过程进行 了放热率的变工况拟合和循环变动率的数学统计分析。分析的参数包括零维燃烧模型 中各特性参数、平均指示压力、最高燃烧压力、着火延迟期及放热率与着火延迟期的 相关系数等。     

掺混聚甲氧基二甲醚对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究高含氧、高十六烷值的新型替代燃料聚甲氧基二甲醚(PODEn)掺混柴油对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响,在一台增压中冷高压共轨的潍柴动力WP12.460柴油机上开展了不同PODEn比例(体积分数分别为10%、20%、30%)PODEn/柴油混合燃料燃烧特性、燃油经济性及排放特性的试验研究。试验结果表明,随着PODEn掺混比例的增大,缸内最大爆发压力、缸内温度峰值及瞬时放热率峰值均逐渐降低,且各峰值对应相位逐渐前移;燃烧持续期缩短0.6°～2.1°(曲轴转角),放热更加集中,有效热效率最高可提升2.43%;有效燃油消耗率逐渐增加,但当量有效燃油消耗率逐渐降低,最大降幅为4.23%;NOx排放量略有升高,CO排放量、HC排放量和碳烟排放量均逐渐降低,其中CO排放量和碳烟排放量在高负荷工况下降低幅度较大,最高降幅分别为64.5%和75.8%。     

不同燃料对压燃发动机燃烧及关键组分的影响

采用计算流体动力学(CFD)模拟技术研究了直喷式柴油机燃用不同燃料(柴油、甲苯、十二烷、十六烷、正庚烷及异庚烷)的燃烧特性以及燃烧过程中关键反应组分的变化历程,分析了不同燃料燃烧反应组分与放热率之间的关系.研究结果表明:缸内压力计算值与参考文献中实验值较吻合,验证了模型的正确性;燃用甲苯缸内压力、放热率以及累积放热量最大;燃用甲苯缸内燃烧反应产生的H,N,OH与O活性基量级最大.此外,燃用6种不同燃料,均是OH活性基生成较多.     

柴油机实际燃烧放热率的计算

根据柴油机燃烧过程中气缸内压力的变化计算燃烧放热率可以对燃烧过程有一个总 体了解,使有可能进一步改进机器的性能。但是这种计算的工作量很大,而且已有的计 算方法都没有准确地计入燃烧过程中气缸充量分子量的变化。本文所提出的方法利用电 子计算机快速的特点,用逐次接近反复迭代比较精确地计入了燃烧过程中充量分子量的 变化。计算结果表明,用不计分子量变化的方法所得到的放热率最大值可能有－１０％的 误差。 本文还根据气缸充量热量变化规律提出一个估计燃烧终点的方法,因而便于比较不 同工况的燃烧情况。这种方法所估计的燃烧终点误差在６°～８°曲轴转角范围内。此外, 文中也对做为计算基础的压力变化过程常见的测量误差（例如压力另线漂移和压力记录 角度滞后等）可能带来的计算误差进行了一些讨论。     

基于BP神经网络双燃料发动机放热率计算与试验

利用BP神经网络理论,建立预测生物制气-柴油双燃料发动机放热规律的BP神经网络模型,经试验验证,预测模型误差在工程允许范围内,可以作为一种新型的预测双燃料发动机放热规律的方法.同时研究了双燃料发动机性能参数对放热规律的影响.结果表明,转速降低,燃烧始点相对提前,放热率峰值对应相位相对提前;转速不变负荷增加时,燃烧始点相对提前,引燃柴油的滞燃期缩短,最大放热率升高,对应的曲轴转角提前,但后燃现象严重.     

柴油射流控制柴油基燃料预混合气压缩着火相位的试验研究

为了实现对柴油机预混合压缩着火相位的主动控制,提出柴油射流控制柴油基燃料压缩着火方案,并在1台改造的单缸自然吸气186FA柴油机上进行可行性试验研究。研究结果表明:在50%负荷试验条件下,柴油射流可以有效控制预混合气的着火相位;随着柴油射流正时的推迟,10%和50%累积放热对应曲轴转角CA10和CA50均呈线性规律变化,氮氧化物排放明显降低,碳烟排放几乎为零;随着预喷正时的推迟,放热率呈现由单峰较慢放热至双峰放热至最后的单峰快速放热的变化规律,且碳氢化合物和一氧化碳排放逐渐降低;在单峰快速放热情况下,压力升高率最大;增加柴油射流量,燃烧过程减缓,且会扩大柴油的扩散燃烧比例,导致碳烟排放增加。