4190型柴油机掺烧丁醇低温燃烧特性

为了研究丁醇掺混比和EGR率(exhaust gas recirculation)对柴油机燃烧性能的影响,利用AVL_FIRE仿真软件,基于4190ZLC-2型船用中速柴油机,建立燃烧室高压循环模型,并验证模型的准确性。采用仿真的方法,研究在低温条件下柴油机掺烧丁醇对其燃烧特性和性能的影响。在确保柴油机正常燃烧的基础上得到最终优化结果:丁醇掺混比B20;EGR率12.5%;喷油提前角20°;进气压力0.213 MPa。分析表明:引入废气再循环(EGR)可以较好的实现低温燃烧,但EGR过大,混合气体氧浓度含量降低,容易造成燃烧不充分现象;柴油中掺混丁醇可以明显改善低温燃烧环境,但掺混比过大容易造成滞燃期过长,出现失火现象;适当提高喷油提前角能使滞燃期延长,避免粗暴燃烧,有效提高放热率和柴油机的动力性和经济性;进气压力提高,增加混合气体氧含量和扰动性,有效提高柴油机的动力性。     

喷油提前角对双燃料柴油机燃烧和排放的影响

为研究喷油提前角对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建柴油-甲醇双燃料燃烧室模型。通过仿真实验的方法,研究当甲醇掺混比为20%,喷油提前角分别为 16.6°、18.6°、20.6°、22.6°时,对柴油机燃烧、排放、动力特性的影响。研究结果表明:随着喷油提前角的逐渐增大,缸内混合气质量得到改善,从而优化混合燃料在缸内燃烧的质量,同时还可观察到放热率曲线逐渐前移且峰值增加。分析数据可知,在甲醇掺混比为20%,喷油提前角20.6°时,NO排放较原机排放增加29.83%,Soot排放量降低30.5%,CO排放量降低5.6%,指示功率增为58.75 kW。     

含氧清洁燃料DMC在柴油机上的应用研究

阐明了含氧清洁燃料DMC的生产及理化性质,探讨了柴油机掺烧一定比例DMC的排放特性.实验结果表明,DMC对发动机燃烧过程影响的程度虽与其在柴油中掺混的比例有关,但与纯柴油相比,在试验范围内,不同DMC的掺烧量均可显著降低柴油机的NOx,CO和HC和碳烟的排放量.DMC以其良好的燃烧和排放性能,使之具有较高的推广应用价值.     

低温燃烧模式下电控柴油机掺烧丁醇性能分析

为了研究正丁醇/柴油混合燃料对电控柴油机综合性能的影响,采取在低温燃烧模式下使用不同比例混合燃料的方法,建立4190型柴油机FIRE模型进行仿真研究,利用试验台架与仿真的结果对比,验证了模型的准确性。设置4组正丁醇掺混比(blending ratio of n-butanol,BROB)及4组废气再循环率(exhaust gas recirculation rate,r_(EGR))进行仿真分析。结果表明:BROB增大,滞燃期延长,放热率更高,燃烧性能得到改善;在高BROB(B30)和r_(EGR)(12.5%)下,燃烧恶化,指示燃油消耗率明显增大; B00、B10在低r_(EGR)(0～7.5%)时动力性和经济性较好。r_(EGR)对于降低NO排放方面较正丁醇明显;正丁醇产生"低温富氧"的环境,能有效抑制碳烟(soot)的生成;在低r_(EGR)(0～7.5%),soot生成增多;在高r_(EGR)(10%～12.5%),soot生成减少。     

某船用柴油机匹配STC及EGR系统试验研究①

针对传统船用增压柴油机低负荷时动力性较差及NO_x排放较高问题,对某船用增压柴油机进行相继增压(STC)结合EGR系统改造,通过试验,研究推进特性负荷下,STC结合不同EGR率对柴油机动力性、经济性以及排放性能的影响。试验表明:在低负荷且0≤η_(EGR)≤0.06时,相比原机,P_k上升,P_z上升、g_i下降、Soot值下降,同时,NO_x值在STC的基础上显著降低;在高负荷且0≤η_(EGR)≤0.06时,可保证P_k、P_z、g_i及Soot值与原机变化不大的基础上显著降低NOx值,弥补STC系统在高负荷时降NO_x排放能力上的不足,如100%负荷、η_(EGR)=0.06时,相比原机,P_k降低4.32%,P_z降低1.45%,g_i上升2.56%,Soot值增加0.037 m~(-1),NO_x值降低18.8%。     

双通道镶块涡流室柴油机掺烧生物柴油综合性能研究

双通道镶块结构在一定程度上提升了涡流室柴油机的性能,在该结构基础上掺烧生物柴油,探究双通道镶块涡流室柴油机掺烧生物柴油的综合性能。通过发动机台架试验得到了双通道镶块涡流室柴油机掺烧生物柴油时的各项性能指标,分析生物柴油掺烧比对双通道镶块涡流室柴油机性能的影响规律。试验得出:掺烧生物柴油会降低发动机的最大输出功率,降幅随掺烧比增加而增大,掺烧比低于30%时对发动机动力性能影响较小:掺烧生物柴油会增加燃油消耗率,但部分工况下的等效燃油消耗率有所降低:掺烧生物柴油有利于碳烟、HC、CO的排放控制,但掺烧比大于20%时会导致NO_X排放增加。     

天然气和生物柴油在气道和缸内喷射混合的燃烧特性分析

将某款柴油机改用进气道喷射天然气和缸内直喷生物柴油的混合燃烧方式,通过均匀设计的方式,综合运用二次多项式逐步回归法和综合加权评分值法,确定天然气和生物柴油的最佳掺烧比.通过GT-POWER仿真软件创建柴油机模型,分析在不同发动机转速下该柴油机的动力性、经济性和排放性.仿真结果表明:混合燃烧方式较原机的动力性和经济性略有下降;在中高转速时,混合燃烧方式的NO排放量低于原机,但CO排放量与原机相比基本保持不变.     

基于模糊分析的电控柴油机掺烧丁醇性能优化

为优化丁醇/柴油电控柴油机的综合性能,首先,利用AVL-FIRE建立混合燃料发动机燃烧室模型,采用仿真值与台架试验值对比,对丁醇掺混比和EGR率单因素对发动机综合性能的影响进行仿真研究;然后,采用正交试验设计安排5个重要因素进行多参数优化匹配,将指示功率和NO排放作为评价指标,权重分别设为0.4和0.6.对仿真结果运用模糊数学分析,结果表明:对综合性能影响大小的顺序为:EGR率(a2)、丁醇掺混比(a1)、进气温度(a4)、进气压力(a3)、喷油提前角(a5);最优参数组合为:a1=10％,a2=12.5％,a3=0.223 MPa,a4=335.15 K,a5=20.6℃A,该组合指示功率53.8 kW较原机的55 kW略低,NO排放质量分数2.2× 10-4％较原机的8.5×10-4％降低了74.1％.该优化方法可以在满足动力性的同时,实现有效减少NO排放的目的 .     

含氧清洁燃料DMC在柴油机上的应用研究

阐明了含氧清洁燃料ＤＭＣ的生产及理化性质,探讨了柴油机掺烧一定比例ＤＭＣ的排放特性。实验结果表明,ＤＭＣ对发动机燃烧过程影响的程度虽与其在柴油中掺混的比例有关,但与纯柴油相比,在试验范围内,不同ＤＭＣ的掺烧量均可显著降低柴油机的ＮＯｘ,ＣＯ和ＨＣ和碳烟的排放量。ＤＭＣ以其良好的燃烧和排放性能,使之具有较高的推广应用价值。     

基于MATLAB的地沟油生物柴油掺烧比优化分析

通过10种不同掺烧比的地沟油生物柴油在双缸直喷式柴油发动机上的发动机台架试验,研究了地沟油生物柴油的动力性、经济性以及排放性随掺烧比变化规律。并根据实验结果,在柴油机应用较多的中等负荷情况下利用遗传算法通过MATLAB仿真了最优掺烧比。优化结果显示:中等负荷情况下,地沟油生物柴油与柴油的最佳掺烧比为21∶78。此时,发动机功率降低不多,油耗率增加4.43%,NOX排放减少5.01%,碳烟排放减少20.76%,其综合性能达到最优。     

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

柴油机燃用二甲醚时采用排气再循环降低NOx排放

在单缸直喷柴油机上燃用二甲醚和采用排气再循环时,进行了发动机性能和排放的试验研究。结果表明：与燃用柴油相比,发动机燃用二甲醚可以实现无烟燃烧,ＮＯｘ降低３０％,未燃碳氢和ＣＯ２排放有所下降;     

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.     

汽油机分层废气再循环与稀薄混合气燃烧

为探索汽油机清洁燃烧技术途径 ,设计了 5气门汽油机馅饼状分层充气系统 ,试验对比了在分层充气前提下的稀燃和废气再循环对发动机排放特性的影响 ,并研究了两者叠加后对发动机性能的影响。试验结果表明 ,采用分层充气方式能够使废气再循环率达到 3 2 % ;在相同进气充量时 ,废气再循环与稀燃对改善 NOx 排放的效果基本相同 ;稀燃与废气再循环相结合可以获得比单纯稀燃或单纯废气再循环更好的综合性能 ,使 NOx 和 CO排放均降低到化学计量比无废气再循环情况下的排放指标的 10 %以下。稀燃与分层充气废气再循环相结合 ,简便可行 ,为研发低污染发动机提供了新思路     

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.     

采用氧化催化方法降低DMCC发动机HC和CO排放

研究比较了原机纯柴油燃烧、柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)以及组合燃烧分别加装两种不同的氧化催化转化器等4种燃烧模式下HC和CO的排放规律.DMCC燃烧模式下,随着甲醇替代率的增加,HC和CO排放增加幅度较大.加装氧化催化转化器后,组合燃烧模式下高负荷时HC和CO排放明显减少,甚至低于原机纯柴油燃烧模式,但低负荷时排放降低得不明显.由于两种氧化催化器具有不同的起燃特性,故具有较低起燃温度的氧化催化器可更明显地降低DMCC发动机HC和CO的排放.     

双卷流燃烧系统的双燃料发动机燃烧排放特性

为解决因生物柴油粘度过大,以及低温燃烧导致的燃油雾化、燃烧性能和排放恶化等问题,利用AMESim软件和AVL_FIRE软件对发动机燃烧室进行双卷流（DS）改造,对喷油提前角、喷孔直径进行优化匹配。结果表明:双卷流（DS）燃烧室燃油分布更加均匀,在运行范围内燃烧速率和功率比浅盆型燃烧室具有更大的优势;同时在加快燃油扩散速率和提高空气利用率方面具有显著的作用;在提高发动机动力性和经济性方面具有明显的优势。采用DS燃烧室、喷油提前角20.6°、喷孔直径0.28 mm组合结构形式的柴油机,其NO排放比原机降低81.83%,指示功率比原机降低7.73%。研究结果可为船用柴油机双燃料低温燃烧性能优化提供一定的指导依据。     

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.     

废气再循环时增压柴油机性能和排放的模拟计算

采用模拟计算技术研究废气再循环对柴油机性能和排放的影响，并通过实验加以验证。模拟计算和实验结果均表明废气再循环可以显著降低NOx排放，同时对柴油机性能也产生影响。柴油机的NOx排放随着EGR率的增加而显著降低，但柴油机的运转参数对废气再循环的作用也有一定影响，不同负荷时NOx排放的变化情况不同，柴油机性能的变化也不同。在高负荷时，NOx排放下降较明显，同时柴油机性能恶化也较严重。同时经实验验证，使用GT－POWER软件建立的计算模型有足够的计算精度，能够准确预测柴油机性能和排放。