湍流射流点火预燃室射流孔对甲醇发动机性能及排放影响的研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室结构和射流孔直径对湍流射流点火(turbulentjetignition,TJI)甲醇发动机性能和燃烧特性的影响研究．试验采用直单孔和斜三孔两种类型预燃室射流孔，根据预燃室是否喷射甲醇，预燃室可分为主动式预燃室和被动式预燃室．结果表明，预燃室射流孔直径过大会使射流强度减弱，进而导致主燃烧室燃烧速率降低，不利于稀薄工况下的稳定燃烧；预燃室射流孔过小则会导致节流损失和淬息作用增强，造成稀薄工况缸内燃烧恶化，且污染物排放增加．稀燃工况下，对于直单孔预燃室，4 mm直单孔预燃室性能表现较好，可产生较强的射流，拓宽发动机稀燃极限、提升燃烧稳定性，同时降低指示油耗率，减少污染物排放．预燃室结构不同时，斜三孔预燃室可产生与活塞表面平行的射流火焰，TJI甲醇发动机获得更好的动力性与燃油经济性，且污染物生成较少；同时，斜三孔预燃室可在主燃烧室产生多股射流，提供分布更加广泛的点火源，促进缸内快速燃烧，有效提升稀燃工况下的燃烧稳定性．不同发动机负荷下，斜三孔预燃室的使用可使发动机获得更好的燃烧和排放性能；TJI甲醇发动机具有较好的经济性和燃烧稳定性，同时，缸内燃烧速率更高，...     

准均质充量压燃发动机低负荷排放性能的试验研究

通过试验研究了引燃油量和进气节流对天然气／柴油双燃料准均质充量压燃(QHCCI)发动机低负荷排放性能的影响．结果表明：在低负荷时适当地增加引燃油量，不但可以降低QHCCI发动机的排放，又可以提高其热效率；适当采用进气节流，可在热效率略有降低的情况下有效地改善QHCCI发动机在低负荷时的排放性能；在增大引燃油量的同时采用一定程度的进气节流对降低QHCCI发动机低负荷排放更为有利．     

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．     

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。     

喷射时刻和掺氢比对直喷发动机燃烧特性的影响

在缸内直喷火花点火发动机上对天然气掺混氢气的体积分数为0％～18％的混合燃料不同喷射时刻下发动机的燃烧和排放特性进行了试验研究．研究结果表明：对于给定的喷射持续期和点火时刻，喷射时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响，喷射太迟燃烧持续期长，放热速率慢，喷射过早会导致充量系数下降；对于给定转速，发动机存在一个最佳的喷射时刻，此时缸内最高压力升高率和最高燃气平均温度高，燃烧持续期短，燃烧过程定容度高，发动机热效率高，HC排放低；在同一喷射时刻下，当氢气的体积分数小于10％时，HC排放略有上升，当氢气的体积分数达到18％时，发动机HC排放与纯天然气排放水平相当；掺氢对NOx、CO和CO2排放影响不大．     

点燃式发动机碗形燃烧室的试验研究

在同１台单缸汽油机试验台上分别采用浴盆形和压缩比不同的碗形燃烧室进行了动力性能、经济性能、排放指标和燃烧过程分析的对比试验研究．结果表明，采用碗形燃烧室后，发动机的总燃烧期缩短，循环变动率下降，适合采用较高的压缩比，在排放指标大致相当的条件下动力性能改善，具有节油１０％以上的效果，有着良好的实际应用价值．     

柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料时的性能与排放研究

研究了二甲醚／柴油混合燃料的互溶性，包括饱和蒸气压和浊点的测量，并在CA4113直喷式柴油机上开展了燃用不同比例二甲醚／柴油混合燃料的试验研究．通过优化发动机系统参数，寻求在柴油机上燃用混合燃料的合适配比．结果表明：随着二甲醚添加比例的增大，二甲醚／柴油混合燃料的饱和蒸气压上升，浊点明显下降，互溶区扩大，当采用0#柴油时，D30燃料（质量分数为30％的二甲醚和70％的柴油混合而成）的浊点可降低到-6℃；由于混合燃料的热值降低，当不增加循环供油量时，发动机功率下降；由于混合燃料含氧量增加，燃烧更为完善，燃油经济性有所改善；发动机在高负荷范围内碳烟降低60％以上，在整个负荷范围内NOx排放可以降低30％左右。     

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.     

乙醇汽油发动机排放特性研究

在一台JL368Q3多点电喷汽油机上，开展了乙醇汽油（不同掺混比）发动机排放特性的研究，并用GC2010气相色谱仪测量了排气中未燃醇醛的排放浓度．试验结果表明：在发动机运转参数相同的条件下，燃用E10、E20（乙醇的体积分数分别为10％、20％）混合燃料时，发动机的CO和NOx排放有了较好的改善，降幅可分别达到15％和5％，但在高负荷时发动机的HC排放增加；乙醇汽油发动机排气中的醇醛排放随发动机的转速和负荷增加而增加，其中乙醛排放随燃料中乙醇含量的增加而增加；经过三效催化转化后，乙醇汽油发动机的醇醛在大部分工况下可以实现零排放．     

通道尺寸对热面点火天然气发动机工作过程的影响

针对缸内直喷压燃式天然气（CNG）发动机低负荷循环波动大及高负荷NOx排放偏高的问题,设计开发了涡流室式热面点火燃烧系统,研究了涡流室通道尺寸对缸内天然气空气混合气形成、着火燃烧及发动机运转特性的影响．结果表明：选择直径较大的涡流室通道,发动机起动性能较好且缸内混合气燃烧持续期短,对改善发动机的有效热效率有利;选择直径较小的涡流室通道,主副燃烧室内混合气的浓度分层效果明显,能够实现两级燃烧过程,有利于降低发动机循环波动,扩展功率范围及改善NOx排放。     

喷油时刻对高速缸内直喷汽油机性能的影响

汽油缸内直喷（gasoline direct injection, GDI ）技术有利于发动机的进气过程,表现出较好的NOx 排放和燃油经济性,被广泛运用于乘用车领域。喷油起始时刻（start of injection, SOI ）严重影响着缸内油气混合的均匀性,进而对发动机的燃烧和排放性能产生影响。本文通过Converge软件对某款高速GDI发动机进行仿真分析,研究不同SOI条件下发动机的性能变化。研究结果表明：发动机高速运行时,在缸内气流和燃油束气流的共同作用下,缸内左侧形成强滚流团,混合油气向进气侧方向聚集。随SOI延后,喷雾撞壁时刻推迟,燃油在缸内的破碎效果得到加强,但不利于顶面油膜蒸发,火花塞处形成不同浓度的混合油气。对比发现400° CA为最佳喷油时刻,此时缸内油气混合均匀性最好,燃烧重心提前,缸内最大爆压达到10.5 MPa,动力性能和燃油经济性得到提升;燃油的充分燃烧以及缸内燃烧温度的增加使CO和THC排放减少,但NOx排放有所增加。     

生物制气-柴油发动机放热规律的影响因素

采用气化炉热解气化各种农林废弃的生物质,产生可燃生物制气,作为以柴油引燃的双燃料发动机的主要燃料．双燃料发动机由一单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装而成,生物制气通过发动机进气管,在进气过程中被吸入气缸．实测生物制气-柴油双燃料发动机气缸压力,根据气缸压力计算放热规律并分析转速、负荷及供油提前角对它的影响．负荷增大时,双燃料发动机燃烧始点提前,最大燃烧放热率增高,最高燃烧温度升高,后燃加重;转速增大时,燃烧推迟;供油提前角增大时,最大放热率降低,对应相位提前,后燃减少．     

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     

气道喷射正庚烷缸内直喷异辛烷的分层充量压缩燃烧与排放特性

在一台单缸发动机上,通过进气道预喷正庚烷和上止点前缸内直喷异辛烷,对双燃料分层充量压缩燃烧(Stratified Charge Compression Ignition,SCCI)进行了试验研究.通过进气道预喷的正庚烷在进气行程形成均匀混合气并在上止点前发生两阶段反应,触发缸内直喷的异辛烷着火与燃烧,整个燃烧过程为分阶段燃烧,分析了不同负荷及预混合率时的燃烧与排放特性.结果表明:最大压力升高率为0.87 MPa/(°)时,最大平均指示压力(I MEP)可达到0.73 MPa,说明SCCI可以扩展运行负荷.预喷燃油量最大时的工况点,其NOx排放值较高;预喷正庚烷燃空当量比一定时,增加负荷,可以减小CO和THC的排放.     

曲轴箱窜气在低转速下对GDI汽油机微粒排放特性影响的实验研究

为了研究缸内直喷汽油机典型工况,低转速工况时的微粒排放特性,在一台EA211缸内直喷汽油机上,通过控制在1000 r/min时的不同负荷,以及曲轴箱通过进气门引入到燃烧室的的窜气量;此时的油气分离器出气口已经被堵死,窜气主要由机油盖处钻的孔引出。结果表明:微粒数量浓度在低转速下会随着负荷的增加而不断增加,微粒数量浓度随粒径分布呈单峰分布,核模态粒径分布增加明显且呈明显的单峰分布;而积聚态粒径分布增加不明显。微粒数量浓度会随着窜气量的增加不断增加,且核模态粒径单峰分布的峰值会向粒径大的方向偏移。     

缸内直喷汽油机低速混合气形成过程研究

通过Hydsim搭建的多孔喷油器一维仿真模型分析了针阀开启与关闭阶段喷油参数的变化,并使用FIRE软件对15 MPa喷油压力下的定容室喷雾进行了数值模拟及模型标定. 在此基础上,以一涡轮增压缸内直喷汽油机为研究对象,对比数值模拟与实验结果,分析了滚流比及喷油时刻对低速工况缸内混合气形成过程的影响. 结果表明,对2000 r/min全负荷工况,采用较高滚流比可增强缸内气流运动,促进燃油快速蒸发并形成更加均匀的混合气,而适当的喷油时刻可减少燃油碰壁,改善混合气浓度分布,从而更利于燃烧及发动机性能的提升.      

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%.     

喷油时刻对缸内直喷汽油机性能的影响

通过对某涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动、混合气形成及燃烧过程的数值模拟,并借助发动机台架试验中获得的油耗、排放及燃烧数据,研究了喷油开始时刻对发动机性能的影响.结果显示,对于5 000r.min-1工况,喷油开始时刻为400°曲轴转角是混合气雾化混合的最佳方案,此时混合气分布比较均匀且点火时刻火花塞附近具有较高的湍动能,10%～90%燃烧持续期最短且HC排放较低,从而使其具有最佳的燃油经济性与燃烧稳定性.而2 000r.min-1工况的最佳喷油开始时刻推迟了30°曲轴转角.喷油提前,壁面油膜量增加,混合气当量比下降及火花塞附近较低的湍动能使得燃烧速率降低,因此HC排放、燃油经济性及燃烧稳定性均会变差.同样的情况也出现在推迟喷油中,由于混合不充分使得点火时刻混合气均匀度下降,从而使发动机性能恶化.     

基于可视化系统的直喷天然气发动机喷射及燃烧特性研究

天然气作为一种最有前途的代用燃料在汽车发动机上的应用日益广泛。为提高天然气发动机的燃烧效率,采用缸内直喷技术;并通过位于喷嘴附近的火花塞点燃分层混合气,使天然气发动机在中低负荷下实现稀薄燃烧。对于直喷天然气发动机,研究喷雾贯穿距、喷雾锥角、循环波动和燃烧速度等喷射及燃烧特性具有重要意义。首先设计开发了用于观察天然气喷射及燃烧的可视化系统,拍摄不同实验条件下天然气喷射及燃烧过程。利用实验数据,分析了直喷天然气发动机的喷射及燃烧特性。     

引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置，采用柴油引燃甲醇方式，开展了引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性影响的研究．结果表明：在相同的平均有效压力和转速下，随着引燃油量的减少，双燃料燃烧的滞燃期延长，主燃期缩短，缸内气体最高爆发压力和最大压力升高率在高负荷时增加，放热率曲线第1峰值增大，第2峰值减小，表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少；高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近，燃烧等容度提高，燃油经济性改善；提高转速和增大供油提前角，最大放热率和最大压力均增加．