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.     

满足美国EPA 3排放法规的188F汽油机机内净化研究

为满足通用小型汽油机美国EPA 3排放法规的要求,对188F汽油机运用气道稳流试验、缸压采集试验、累计放热率计算等方法,研究气道流通系数、混合气浓度和点火提前角对汽油机CO、HC和NO_x排放的影响,分析排放特性、缸内燃烧压力、燃烧放热率、缸内温度的变化规律。结果表明:改进气道结构后,最大气门升程时进气道和排气道的流通能力分别增大39.5%和34.2%,气缸进气量增加,功率增大0.73 kW、燃油消耗率下降8.1 g/(kW·h),排放降低;点火提前角不变,改变过量空气系数φ_a大小,各工况下HC+NO_x存在一个最低值,研究得出低排放的理想混合气浓度特性,即标定工况下采用浓混合气(φ_a为0.835)以满足美国EPA 3排放法规,且过量空气系数随负荷的减小逐渐增大;其他参数不变,推迟点火提前角可以有效抑制NO_x、HC排放,但功率降低、燃油消耗率增加,综合考虑选取点火提前角为18°CA。188F汽油机经250 h劣化试验的CO和HC+NO_x排放结果为312.5 g/(kW·h)和7.1 g/(kW·h),低于美国EPA 3的610 g/(kW·h)和8.0 g/(kW·h)的限值,达到排放法规要求。研究工作为低排放通用小型汽油机研发提供了可供参考的技术路线。     

PODEn引燃天然气发动机燃烧特性研究

聚甲氧基二甲醚(PODE_n)的十六烷值和含氧量较高,是一种极具应用前景的柴油机代用燃料。为了减少低负荷工况下天然气双燃料发动机的THC和CO排放,在总循环油量不变与天然气替代率为80%的条件下,采用CONVERGE三维仿真模型,研究当量比和喷射时刻(SOI)对PODE_n引燃天然气发动机低负荷时的燃烧与排放性能的影响。结果表明：随着当量比的升高,发动机滞燃期延长,瞬时放热率峰值和发动机指示热效率均先升高后降低,当量比为0.63时,发动机指示热效率最高;当量比在一定范围内升高有利于天然气预混合气的燃烧,可有效降低HC、CO和soot的排放,延长燃烧持续期可兼顾NO_x排放;SOI为-10°CA ATDC时的缸压和放热率峰值均较高,CO和HC排放均较低。     

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.     

含醇汽油的燃烧与排放特性对比试验研究

为研究汽油分别掺混甲醇、乙醇、正丁醇和异丙醇-正丁醇-乙醇(IBE)的燃烧与排放特性,在1台进气道喷射型点燃式发动机内分别将不同醇体积分数和不同工况下的含醇汽油进行对比试验研究。研究结果表明:含醇汽油的燃烧相位比纯汽油的燃烧相位提前且随醇体积分数增大更提前,故应推迟点火;含醇汽油的有效热效率除IBE(异丙醇-正丁醇-乙醇)外均下降,而有效燃油消耗率均升高,IBE-汽油的有效燃油消耗率最低;含醇汽油的CO排放在稀燃时随当量比增大而升高,与纯汽油相比,甲醇-汽油的UHC排放升高,而乙醇-汽油、正丁醇-汽油的UTC排放量降低,IBE-汽油的UTC排放量最低;含醇汽油的NOx排放量均比纯汽油的NOx排放量低,甲醇-汽油的排放量最低;相比纯汽油,IBE30的燃烧相位有较大提前,且IBE30与纯汽油的燃烧相位的差距随当量比(即可燃混合气中理论上可完全燃烧的实际含有的燃料质量与空气质量之比)和平均有效压力的增大而减小,有效热效率略高,CO,UHC和NOx排放量均较低;IBE有望成为良好的汽油代用燃料。     

生物柴油掺燃乙醇对发动机影响的试验研究

前期的试验研究表明,相对于传统的矿物柴油,生物柴油作为再生能源,含氧量高,可大幅降低烟度的排放,并能在一定程度降低CO排放.为进一步降低排放,在生物柴油中掺燃不同比例乙醇,就最大转矩转速和标定转速工况下进行了负荷特性试验研究,排放检测采用了最新的AVL排气分析仪.结果表明,与纯生物柴油相比,混合燃料(乙醇掺烧率小于30%)的动力性能良好,当量油耗率在较大负荷工况下有所改善;碳烟在整个运转工况范围内均有大幅度的降低,而HC排放则反之;CO和NO_x排放受乙醇掺烧率影响,NO_x排放量在乙醇掺烧率为10%～20%时明显减少,如继续增大乙醇掺混比例,NO_x排放增加;CO排放量在乙醇掺烧率为10%时最佳,大负荷工况下有明显的降低.     

电控汽油发动机故障模拟试验

在自行开发的电控汽油发动机故障模拟试验台上,完成了主要传感器的故障模拟试验,对比研究了相关故障对发动机动力性、经济性和排放等性能的影响.试验结果表明:空气流量信号丢失后,中小负荷时混合气过浓,从而使比油耗上升,HC和CO排放增加,NOx排放减小,而大负荷时,空气流量信号的有无对发动机性能影响较小;节气门位置传感器的怠速信号丢失后,发动机运转不稳;全负荷信号丢失后,满负荷时混合气没有加浓,功率下降,但比油耗略有减小,CO和HC排放降低,NOx排放升高;爆震信号丢失后,点火提前角减小,功率下降,比油耗升高,HC和NOx排放减小,CO排放基本不变;冷却液温度传感器信号丢失后,冷启动时混合气没有加浓,发动机冷启动困难.     

乙醇DI对汽油PI发动机性能与爆震的影响

文章在一台汽油缸内直喷发动机的基础上,建立了发动机的三维计算模型,标定了原机的喷雾模型和燃烧模型,并在此基础上进行了乙醇缸内直喷(ethanol direct injection,EDI)+汽油进气道喷射(gasoline port injection,GPI)的仿真模拟,研究EDI喷油时刻、点火时刻、进气温度对发动机缸内混合气的形成、燃烧、排放的影响和乙醇燃料特性对爆震抑制的贡献率。仿真模拟结果表明:通过改变EDI喷油时刻,影响乙醇的蒸发雾化程度,在缸内形成不同程度的混合气当量比分布;喷油时刻在上止点前250°CA时,缸内混合气均匀,产生最佳的燃烧相位。在最大爆震极限火花提前时,通过进气加热抵消乙醇汽化潜热的影响,得出乙醇高汽化潜热和高火焰传播速度对OH自由基的抑制率分别为23.5%、76.5%。     

火花辅助对多缸汽油机HCCI燃烧及排放的影响

采用优化动力技术手段,利用发动机冷却水和排气余热加热进气,在多缸汽油机上实现了均质混合气压缩(HCCI)燃烧,研究了火花辅助点火对HCCI燃烧及其排放特性的影响.结果表明：当进气温度未达到HCCI稳定燃烧条件时,火花辅助有助于HCCI燃烧,并可增大平均指示压力、最大气缸爆发压力以及最大压力升高率,降低循环波动率,提高燃烧稳定性;火花辅助使得HCCI燃烧出现了2个放热阶段,当点火提前角增加时,主燃烧阶段的放热率峰值增大,燃烧起始点提前;在发动机转速为1 200~1 600 r/min的小负荷范围内,火花辅助可以适当降低NOx和HC的排放量.     

气口喷射预混合燃料对生物柴油发动机排放特性的影响

在单缸发动机上研究了气口喷射正庚烷、二甲氧基甲烷(DMM)和乙醇的生物柴油发动机的排放特性.结果表明:气口喷射正庚烷时整个燃烧过程呈现明显的三阶段放热,预混合其他两种燃料时仅仅为单阶段放热;采用预混合燃烧可以同时降低NOx和烟度排放,但是预混合乙醇可以得到最大的降低效果;在预混合燃料当量比一定的条件下,随着总当量比增加预喷正庚烷时NOx增长速率最大,预喷DMM时烟度增长最快,预喷乙醇时HC排放显著高于其他两种预混合燃烧且受负荷影响不大;在总当量比一定下,随着预混合比例增加,HC和CO排放逐渐增加,NOx排放逐渐降低,达到某一临界比例后,CO排放开始降低,NOx排放开始增加,而HC排放基本上不变;烟度总是随着预混合比例增加而降低.     

餐饮废油制生物柴油的排放特性

研究利用餐饮业废油脂制造生物柴油的方法.通过对比实验,研究增压柴油机燃烧餐饮废油制生物柴油和普通柴油对发动机动力性、经济性和排放特性的影响.研究结果表明:对于实验发动机,在油泵最大喷油量保持不变时,直接燃烧餐饮废油制生物柴油对柴油机动力性的影响小于2.5%;无论在全负荷还是部分负荷工况下,燃用餐饮废油均能大幅度降低柴油机的排气烟度、PT、CO和HC排放量,但是会引起NOx的排放量上升.     

蔗糖水溶液乳化柴油对发动机性能的影响研究*

在一台双缸直喷式柴油机上,对燃烧蔗糖水溶液乳化柴油时发动机的燃油经济性和排放性进行试验。分析结果表明:在柴油机参数不做改变的情况下,与纯柴油相比,蔗糖水溶液乳化柴油的动力性有所下降,当量燃油消耗率和碳烟以及CO排放量在中高负荷工况下都有明显降低,NOx排放在各种工况下都显著降低;但HC的排放量增加。与乳化柴油相比,蔗糖水溶液乳化柴油的动力性升高,当量燃油消耗率和碳烟以及CO排放量在中低负荷时有所增加,大负荷时明显降低;NOx的排放量在中小负荷时明显减少,大负荷时略有增加,HC排放在各种工况下都显著降低。     

M15对增压直喷汽油机小负荷工况下燃烧和性能的影响

在一台缸内直喷汽油机上,针对M15(汽油中甲醇添加体积比例为15%)和M0(汽油中甲醇添加体积比例为0,即纯汽油)两种燃料,试验研究了点火提前角、喷油提前角和喷射压力等控制参数的调整对样机在小负荷、低转速下,燃烧、性能及排放的影响规律和影响差异。研究结果表明:相同喷射脉宽及控制参数条件下,M15汽油的最高燃烧压力比M0的低4%,但最高压力点对应的曲轴转角与M0基本相同。相同喷射脉宽下,燃用M15比燃用M0的发动机输出扭矩下降约10%左右,但燃油经济性有所提高,并分别存在一个点火提前角和喷油提前角,使得转矩最大、燃油消耗率最小,此点火提前角为20°CA(BTDC)、喷油提前角为300°CA(BTDC);而喷射压力对转矩和燃油消耗率影响较小。当使用M15燃料后,HC、CO和NO_x排放均比M0有所降低;M15和M0的HC、CO和NO_x排放均随点火提前角减小而减小;随喷油提前角的变化呈现不规律的变化;喷射压力对HC和NO_x排放的影响不很明显,而对CO呈波动状态。     

活塞式煤油直喷航空发动机燃烧特性试验研究

基于自主研制的活塞式航空煤油直喷发动机及其台架试验系统,针对煤油航空发动机中低负荷工况燃烧稳定性差这一突出问题,围绕喷射截止时刻、点火提前角以及过量空气系数等影响航空发动机混合气形成及燃烧质量的关键因素,进行了煤油直喷航空发动机部分负荷燃烧特性及其稳定性的试验研究.结果表明:当喷射截止时刻(EOIT)于进气行程初期时,发动机燃烧特性及稳定性较好,但是到进气行程末期时,发动机的循环波动升高,动力性变差.当点火提前角过大时,混合气形成较差,无法形成稳定的火核中心,也会致使发动机动力性变差.活塞式航空煤油直喷发动机需要采用较浓的混合气,当过量空气系数为0.8时,在不同的EOIT的变化下,发动机动力性存在最优的工况点,此时的平均指示压力pe最大值约为0.394 5 MPa.     

天然气掺氢火花点火发动机性能与排放研究

在一台燃用CNG／H2混合燃料的火花点火发动机上，开发了一个电子控制单元（ECU）来控制发动机点火提前角和混合气浓度，并研究了不同掺氢比（氢气的体积分数分别为0%、10％、20％和26％）对发动机性能和排放的影响．研究结果表明：天然气掺氢后发动机功率和有效热效率有所降低；在相同过量空气系数下，随着掺氢比的增加，发动机的最佳点火提前角推迟，HC、CO2排放得到降低，NOx排放有所增加．掺氢后可以提高发动机的稀燃极限，在稀燃下可以得到较低的HC、CO、CO2和NOx排放。     

LPG/柴油双燃料发动机放热规律的试验研究

在LPG/柴油双燃料发动机上 ,测量了不同工况下的气缸压力 ,并进行了放热规律计算 文中着重分析了掺烧比、供油提前角、负荷等因素对LPG/柴油双燃料燃烧、HC、CO和烟度排放的影响 ,阐述了双燃料复合燃烧的特性和规律     

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.     

天然气掺氢火花点火式发动机排放性能研究

在一台天然气掺氢的火花点火发动机上,研究了掺氢比和过量空气系数对发动机排放性能的影响.结果表明,在掺氢比一定时,过量空气系数对 HC、CO、Nox 和 CO2排放有较大的影响.在相同过量空气系数下,随着掺氢比的增加,HC 排放量有所降低,特别是稀燃下的 HC 排放量大幅降低.Nox排放量随掺氢比的增加而增加,而 CO2排放量随掺氢比的增加而减少.掺氢后,发动机的稀燃极限有所提高,稀燃条件下发动机的HC、CO、CO2 和 Nox的排放量比较低.     

深度废气再循环对二甲醚发动机性能及排放的影响

在一台两缸二甲醚发动机上开展了不同废气再循环(EGR)率下发动机的性能和排放特性研究,测量了不同工况下发动机的油耗,HC、CO和NO_x的排放.研究表明:二甲醚发动机可承受的最大EGR率接近60%,但在高负荷时,过大的EGR率会导致发动机燃油消耗率显著升高;EGR率对发动机的NO_x排放量影响很大,随着EGR率的增加,发动机的NO_x排放量大幅度下降,高负荷时下降幅度更大;EGR率增大,HC和CO排放增加,高负荷时增加的幅度更大,特别是当EGR率超过一定范围时,EGR率的增大会引起HC和CO排放的急剧增加;低负荷时,最佳EGR率应保持在30%左右,而高负荷时,应采用较小的EGR率.     

不同压缩比对湍流射流点火发动机性能和爆震影响的试验研究

本文基于一台四冲程单缸发动机开展了不同压缩比对湍流射流点火(TJI)汽油发动机性能和爆震特性的影响研究,试验所采用的压缩比为9、11、13和15,在每个压缩比工况下对不同过量空气系数λ进行研究．结果表明,高压缩比可以拓展湍流射流点火汽油发动机的稀燃极限,压缩比15工况下,可以实现λ=3稳定燃烧．增大压缩比并配合预燃室喷油可缩短发动机燃烧的滞燃期和燃烧持续期,进而提高射流点火发动机燃烧效率．1.4<λ<1.9时,随着过量空气系数增加,主燃烧室内混合气变稀,滞燃期和燃烧持续期在低压缩比工况(CR=9、11、13)呈上升趋势,此时主燃烧室混合气浓度对燃烧过程的影响占主导作用;但是随着压缩比逐渐升高至15,滞燃期和燃烧持续期的上升趋势不再明显;而当λ>1.9时,主燃烧室混合气过于稀薄,此时预燃室射流火焰对主燃室燃烧的影响增强．试验还发现,射流点火发动机和普通火花塞点火发动机在压力振荡方面存在较大差异,射流点火发动机的压力振荡从燃烧初期阶段开始一直持续到燃烧结束,这主要是由于高温射流对主燃室多点点火造成的压力振荡．在高压缩比和较浓混合气工况下,射流点火发动机可能还会发生早燃,因...