预混均质充量压缩燃烧发动机燃烧与排放特性

为改善柴油机的燃烧和排放特性,在一台2105柴油机上开展了二甲醚(DME)预混比和废气再循环(EGR)对二甲醚-柴油双燃料预混均质充量压缩燃烧(PCCI)发动机的燃烧与排放特性影响的试验研究,通过在进气道预混DME和缸内直喷柴油实现了PCCI燃烧模式。试验结果表明:随着DME预混比的增加,放热过程由两阶段放热发展到三阶段放热,燃烧始点前移,最高爆发压力逐渐增大且对应的相位不断提前;冷EGR导致的PCCI发动机最高爆发压力下降的程度、瞬时放热率峰值及压力升高率峰值对应的相位滞后程度均随着DME预混比的增加逐渐减弱;随着DME预混比的增大和EGR率的减小,当量有效燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高;DME预混比和EGR率增大可有效降低NOx排放,但是HC和CO排放有所增加。文中工况下最优DME预混比为30%。     

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.     

废气再循环对柴油机性能影响的试验研究

通过废气再循环(EGR-Exhausted Gas Recirculation)可以有效地降低柴油机的氮氧化物(NOx)排放.但是废气具有一定的热作用和化学作用,因此EGR会对柴油机燃烧过程和排放物的生成造成影响.本文基于4D20柴油机,重点开展了不同的EGR率对柴油机性能影响的研究.分析试验结果发现,随着EGR率的增大,燃烧滞燃期增长,缸内压力和缸内温度降低,放热率峰值降低,热效率下降;NOx排放随着EGR率的增大而急剧下降;soot排放随着EGR率的增大而增大;CO和HC排放随着EGR率的增大而增大.     

小型农用柴油机甲醇/生物柴油燃烧与排放模拟

针对甲醇/生物柴油在小型农用柴油机上的应用,采用3维CFD软件建立了186FA柴油机的缸内燃烧、排放仿真模型,通过对比排放污染物的试验值和计算值,验证了模型的正确性.对3 000 r·min-1,5.7 k W时,柴油机直接燃用生物柴油和生物柴油掺混15%甲醇形成的混合燃料的缸内燃烧和排放污染物进行了数值模拟.结果表明:与生物柴油相比,生物柴油掺混15%的甲醇,柴油机的滞燃期延长,放热始点对应的相位后移,缸内最大爆发压力降低不多,最大压力升高率和最大放热率略有升高;最高燃烧温度基本不变,温度场内的高温区域有所缩小;曲轴转角为370.0°~400.0°时,O2低浓度区域比燃用生物柴油时有所扩大,NOx和soot的平均体积分数同时降低.     

进气条件对EGR柴油机工作性能的影响

废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术已经被广泛地利用在降低NO_x排放方面。基于AVL-FIRE软件建立并校准TBD620柴油机仿真模型并对其缸内燃烧过程进行仿真分析,并研究EGR技术对柴油机的NO_x与碳烟排放性能指标的影响情况。可以看出,单独使用EGR技术在降低NO_x排放方面效果很好,与其他负荷相比,100%负荷时的降低幅度最为明显,最高可达到93.3%,但同时碳烟排放量亦有45%的增幅。在应用EGR技术的基础上,在原机EGR率为0.4、100%负荷工况下改变进气条件(进气温度与进气压力),分别研究二者对EGR柴油机的缸内燃烧过程(滞燃期、燃烧放热率)以及NO_x与碳烟排放的影响情况。结果表明,适当降低进气温度同时提高增压压力可以使NO_x与碳烟排放量同时降低,并且可以避免油耗以及功率的负面影响。     

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%.     

正庚烷均质压燃燃烧特性和排放特性的实验研究

为进一步了解高十六烷值燃料均质压燃的燃烧特性和排放特性，以正庚烷（n-heptane）为燃料，在一台改装的单缸直喷柴油机上进行正庚烷均质压燃台架实验．结果表明，正庚烷在均质压燃模式下表现出明显的双阶段着火特性；随着混合气浓度增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值升高；随着发动机转速升高，燃烧放热率峰值先降低后升高，高转速的缸内最大爆发压力降低；当废气再循环率增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值均降低，废气再循环使正庚烷均质压燃的运转工况范围向大负荷工况扩展，废气再循环率为75％正庚烷均质压燃运转的最高平均指示压力为0．41MPa．排放测试表明，正庚烷在均质压燃模式下的氮氧化物排放接近零，且可以实现无碳烟排放，但碳氢化合物和一氧化碳排放较高．     

液化石油气对二甲醚-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响

为了解决内燃机在抑制二甲醚早燃而导致爆燃的问题,实验研究了着火抑制剂液化石油气对二甲醚-柴油双燃料预混燃烧发动机燃烧和排放特性的影响。实验所用发动机为缸内直喷柴油机,并在原机的基础上增加了一套气体燃料预混合系统,以使发动机同时实现预混和直喷压燃两种燃烧方式。研究结果表明:随着二甲醚/液化石油气混合燃料中液化石油气比例的增加,预混压燃发动机的燃烧始点滞后,燃烧持续期缩短,缸内最大爆发压力和平均燃烧温度逐渐降低,有效热效率略有下降,但有效热效率仍高于缸内直喷柴油机;掺混液化石油气可在颗粒排放基本保持不变的情形下减少NOx的排放。该结果可为设计更为节能、环保的汽车发动机提供参考。     

无氮（O2/CO2）环境下柴油机燃烧规律的试验研究

文章针对同时控制柴油机NOx与碳烟排放的难题,进行了无氮(O2/CO2)环境下柴油机燃烧规律研究,设计了柴油机无氮燃烧的试验装置,从柴油机缸内压力、压力升高率和燃烧放热率3个方面,对比研究了柴油机常规进气和无氮进气条件下的燃烧规律。结果表明:在无氮进气条件下,柴油机可以稳定正常工作,其放热率高于常规进气条件。所得结果为柴油机大规模应用无氮燃烧技术提供了试验依据。     

EGR对GDI汽油机燃烧和排放的影响

为降低GDI发动机污染物排放,试验研究了中小负荷下废气再循环和过量空气系数对缸内直喷汽油机燃烧及排放的影响规律。研究表明：加入EGR能显著降低缸内峰值压力,且过量空气系数小于1时,废气对燃油的蒸发雾化起积极作用,使燃烧持续期增大,但燃烧放热率降低;EGR能显著降低直喷汽油机的NOx排放,但对CO排放的影响较弱;过量空气系数小于1时,EGR对HC排放的影响较明显,HC排放随EGR率增大而减小;随过量空气系数的增大,EGR对HC排放的影响逐渐降低。总体来看,当过量空气系数小于1时,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放影响较明显,废气的稀释和热容作用起重要作用;EGR的加入,降低了GDI汽油机核态颗粒物的排放,随EGR率增大,PM排放降低。当过量空气系数大于1后,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放的影响逐渐减弱。     

双燃料发动机低温燃烧排放性能仿真

为缓解船用发动机NOx排放过高问题,提出柴油掺烧丁醇并结合EGR（exhaust gas recirculation）技术的试验方案。在4190ZLC-2型柴油机台架基础上,利用AVL_FIRE软件建立柴油-丁醇CFD模型。设置丁醇掺混比0%、10%、20%、30% 4组变量,EGR利用率0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%、17.5% 6组变量,对发动机NO、碳烟（Soot）和CO生成及排放质量分数进行分析。结果表明:掺烧丁醇并结合EGR能够实现发动机的低温燃烧,减少CO和碳烟的生成,且显著降低NO排放。当丁醇掺混比为B20、EGR利用率12.5%组合时,NO排放比原机降低58.97%,Soot生成质量峰值比原机降低37.5%,CO排放比原机降低23.53%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/丁醇/EGR低温燃烧提供一定的指导依据。     

柴油机燃烧模式切换过程燃烧特性变化试验

为研究柴油机在传统燃烧与低温燃烧的燃烧模式切换过程中,如何识别缸内当前所处的燃烧模式,以及不同喷油参数在不同的燃烧模式对燃烧特性参数的影响,在一台高压共轨柴油机1 500 r·min-1、30%负荷下采用燃油单次喷射、调节EGR率方式实现燃烧模式切换并进行了试验研究.结果表明,EGR率从0增加到55%,缸内燃烧起点位置稍有后移,但变化不大,当EGR率超过45%后,缸内开始进入低温燃烧模式,瞬时放热率曲线初始上升过程,由于冷焰反应持续期增加导致出现的二阶段滞燃,可以作为识别当前的燃烧模式的特征,控制缸内燃烧模式;喷油相位从-14°CA ATDC推迟到-7°CA ATDC,对传统燃烧模式滞燃期和燃烧持续期的影响较小,但对低温燃烧的燃烧持续期影响较大,同时,当喷油相位推迟到-7°CA ATDC时,缸内接近失火;喷油压力从75 MPa提高到140 MPa,在传统和低温燃烧模式均可以改善发动机的油气混合程度,缸内最大爆发压力及瞬时放热率峰值增加,指示热效率有所增加,但幅度变化不大.      

Influence of exhaust gas recirculation on low-load diesel engine performance

In the condition of constant speed and light load, an experimental study of a turbocharged and intercooled diesel engine with exhaust gas recirculation (EGR) system focuses on the influence of different EGR rates on combustion process, dynamic performance, economic performance and emission performance of a diesel engine. With the increase of EGR rate, the oxygen concentration of the intake-side decreases, the fuel air equivalence ratio increases, and the maximum explosion pressure in the cylinder decreases. Meanwhile, the average temperature in the cylinder drops, the ignition delay is prolonged, the ignition timing delays, and the maximum heat release rate decreases. The increase of EGR rate makes NO_x emissions decrease obviously and continue to decline. When EGR is low, the smoke rate enlarges slowly with the increase of EGR rate, and enlarges greatly at the rate higher than 43% and reaches the maximum at the rate of 57%. When EGR rate is higher than 61%, the smoke rate drops rapidly, and the content of CO and hydrocarbon (HC) increases rapidly with high EGR rate.     

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.     

柴油机燃用乙醇-柴油-汽油混合燃料的试验研究

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料,在单缸四气门135柴油机上对燃用不同配比混合燃料及使用不同油嘴型式进行了性能试验。结果表明:燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料,柴油机动力性、经济性基本不变,碳烟和NOx排放下降明显;着火滞燃期延长,缸内平均温度下降,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短;当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时,着火滞燃期进一步延长,油气混合速率和混合气均匀度明显提高,在整个工况范围内,气缸压力和缸内平均温度均较低,碳烟和NOx排放同时降低,其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征。     

可变截面涡轮增压器与废气再循环

以一台重型柴油机为试验对象,研究可变截面涡轮增压器(VGT)和废气再循环(EGR)阀门开度对柴油机增压比、空燃比、燃油消耗率及NO_x,CO,HC,CO2和烟度等排放特性的影响.研究结果表明,随着EGR阀门开度的增大,增压比、空燃比降低,经济性变差.EGR阀门开度和VGT阀门开度对NO_x排放影响很大,随EGR阀门开度和VGT阀门开度增大,NO_x排放的体积分数显著降低,但HC,CO,CO2的体积分数和烟度升高.为实现降低NO_x排放的同时控制燃油消耗率和烟度的升高,可在中等负荷时选择EGR阀门开度50%、VGT阀门开度45%的控制策略;在高负荷时选择EGR阀门开度75%、VGT阀门开度55%的控制策略.     

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.     

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.     

柴油机纯氧燃烧过程及缸内喷水影响的模拟研究

针对高压共轨柴油机搭建流体动力学仿真模型,研究不同进气氧体积分数对柴油机纯氧燃烧过程的影响,并验证缸内喷水对热效率的优化能力。结果表明,氧含量的提高增加了缸内比热比,使压缩行程缸内压力及温度提高,并促进缸内燃烧反应,进一步提升缸内湍流强度,燃烧相位提前;在5℃A ATDC(上止点后)向缸内喷入160℃的高温高压水,可实现对缸内燃烧过程的控制,并通过吸收燃烧放热、汽化膨胀,推动活塞做功,可提高热效率约3.75%。     

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。