燃用二甲醚柴油机气道-气缸喷射复合燃烧

结合柴油机燃用二甲醚均质冲量压缩着火(HCCI)燃烧与缸内直喷燃烧各自优点,提出了气道-气缸喷射复合燃烧方式,并在一台柴油机上进行了试验研究.结果表明,燃烧过程包括二甲醚HCCI燃烧和缸内喷雾的预混及扩散燃烧,但随预混合率的不同呈现不同特征.随预混合率增加,在平均有效压力为0.12 MPa时,燃烧过程由两阶段发展到三阶段以至四阶段,再经三阶段回到两阶段,气缸压力、温度峰值先减后增,NOx排放单调减小;平均有效压力为0.24 MPa,压力、温度、压力升高率和压力升高加速度峰值以及NOx排放均先减后增;平均有效压力增为0.36 MPa时,最低和最高预混合率分别受到喷油泵供油能力和爆震限制,在能实现的预混合率范围内,压力、温度峰值和NOx排放随预混合率增加而单调增加.     

低比例DME/LPG混合燃料对点燃式发动机性能和排放的影响

在发动机试验台架上初步研究了Santana 2000汽油机燃用w=-5%～15%二甲醚(DME)的DME/LPG(液化石油气)混合燃料时的性能以及排放,分析了混合燃料对汽油机性能的影响.研究结果表明:燃用低比例的DME/LPG混合燃料时,发动机的动力性达到甚至略超过燃用LPG时的水平,有效热效率和燃油经济性都有所改善;点燃式发动机燃用DME/LPG混合燃料后,发动机的CO和HC排放降低,Nox排放增加.低比例DME/LPG混合燃料在点燃式发动机中具有一定的开发潜力.     

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。     

车用增压二甲醚发动机的燃烧特性

在一台改造后的车用增压柴油机上进行燃用二甲醚的燃烧研究,实测了缸内压力,据此计算了燃烧放热率,分析了二甲醚发动机和柴油机的燃烧过程.结果表明,在外特性下随着转速的增加,燃油消耗率先减后增,排气温度先增后减再增;供油提前角相同时,两者额定工况的放热率图都呈单峰,前者最大爆发压力和最大压力升高率较低.随负荷增加,二甲醚放热率图由明显的双峰变成单峰;在相同平均有效压力下,随着转速的增加,燃烧始点有所推迟,放热率图的重心远离上死点.6孔喷油器对应的燃烧迅速,其性能也明显好于5孔喷油器.供油提前角越大,燃烧始点、最大放热率相位和放热率图重心越靠近上死点,燃油消耗率越低,但最大放热率几乎不变.     

二甲醚发动机掺烧LPG燃烧和排放特性的试验研究

在一台直喷二甲醚发动机上进行了掺烧LPG的台架试验,研究混合燃料中LPG的含量对二甲醚发动机燃烧和排放的影响。研究表明,随着混合燃料中LPG含量的增加,滞燃期延长,着火始点延后,燃烧持续期缩短,低负荷时变化更大。燃油消耗率随LPG含量增大先降低后增加,LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高,在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低,发动机经济性最佳。LPG对NO_X排放影响较为复杂,低负荷时,随LPG含量的增大,NO_X排放上升。中高负荷时,随LPG含量增大,NO_X排放先增大后减小。随着LPG含量增大,发动机HC排放略有升高,CO排放迅速增加,高负荷时CO排放增幅更大。该研究结果为LPG燃料在压燃式发动机上的应用及改善二甲醚发动机的燃油经济性提供了试验指导。     

燃油系统若干参数对NO_x、CO排放的影响

本文针对直喷式柴油机的燃烧过程和NO_x、CO的排放浓度,通过试验对比,结合缸内燃烧放热过程的计算,分析讨论了直喷式柴油机燃油系统若干参数(柱塞直径D_p、油嘴启喷压力P_(in)、油嘴喷孔直径D_n、喷孔的空间分布角度α和β等)对直喷式柴油机燃烧过程的影响;进而分析讨论了它们对NO_x、CO排放浓度的影响。为合理地组织直喷式柴油机的燃烧过程、降低NO_x、CO的排放浓度提供了参考依据。     

二甲醚发动机中燃料与橡胶密封件的相容性研究

为了解决二甲醚燃料在发动机中的密封问题,开展了二甲醚燃料与橡胶密封件的相容性研究.分析了橡胶在二甲醚中溶胀的化学机理,并选出具有不同极性的橡胶材料进行耐二甲醚溶胀及溶胀前后拉断强度、拉断伸长率、硬度等力学性能的对比试验.试验发现:在含润滑添加剂(植物油)的二甲醚燃料中经过 72 h浸泡后,氟橡胶和丁腈橡胶的溶胀率和力学性能变化均比氟硅橡胶显著;氟硅橡胶在更长时间(40 d)的燃油浸泡后溶胀率最低,力学性能几乎没有变化.试验结果表明,氟硅橡胶可以很好地满足二甲醚发动机对橡胶密封件的要求.     

二甲醚发动机复合燃烧爆震特性

将柴油机改造为二甲醚(DME)气道-气缸喷射发动机,研究DME复合燃烧缸内压力的频谱,探讨其爆震特性.结果表明:DME复合燃烧爆震频率带为5～10 kHz;当转速增加时,爆震频率带及爆震段变宽;如果进气道喷射燃料中添加液化石油气(LPG),则爆震频率带及爆震段变窄,且接近上止点;将直喷燃料改为LPG,则爆震频率带变宽,爆震段变窄并接近上止点;当转速增加、进气道燃料添加LPG、直喷燃料改为LPG时,复合燃烧爆震时缸内压力的功率谱密度均增大.     

排气再循环与燃烧边界条件耦合对增压汽油机有效热效率的影响

在一台小型增压进气道喷射汽油机上开展了排气再循环技术与关键燃烧边界协同性对发动机燃油经济性和燃烧循环波动影响的试验研究。结果表明:增压技术、排气再循环技术和压缩比协同控制较为重要,协同性明显影响燃油经济性和燃烧循环波动;转速为2 000r/min、负荷为0.2~0.4 MPa时排气再循环对燃油经济性改善不明显;转速为1 500~2 500r/min、负荷为0.6~1.0MPa时排气再循环率对汽油机燃油经济性改善明显,燃油消耗率降幅为2%~7%;考虑高能点火系统本身能耗,转速为2 000r/min、负荷为0.2~1.0MPa时多重火花电容放电的高能点火系统对燃油经济性改善不明显,但循环波动得到了改善;对于上市整车匹配1.6L进气道喷射汽油机,采取集增压技术、排气再循环技术、高滚流进气道和1.3L排量措施后的进气道喷射汽油机的整车循环油耗降低了8.86%,整车具备达到相应油耗水平的潜力。     

改进二甲醚燃料润滑性能的研究

在国内首次研究了二甲醚(DME)燃料中加入不同种类和配比的润滑改进剂后两者的互溶特性、发动机排放性能的变化以及燃油系统偶件润滑性能和磨损的改进,从而为 DME发动机选择合适的燃料润滑改进剂提供重要依据.实验给出了3种润滑改进剂与DME的临界互溶温度曲线,可据此在不同季节和地区为DME发动机选择合适比例的不同润滑改进剂来使燃油系统获得足够润滑,同时保证润滑改进剂与 DME能完全互溶.实验结果表明:植物油作为润滑改进剂效果较好;DME中加入少量的润滑改进剂后不会使发动机的排放性能恶化.     

二甲醚发动机湍流燃烧模型的研究

根据二甲醚发动机燃烧过程的特点，提出了一个湍流燃烧模型．该湍流燃烧模型在传统的化学动力学模型的基础上，增加了拟序火焰片湍流燃烧模型，以考虑湍流对燃烧的促进作用．数值模拟表明：在发动机中二甲醚油束的贯穿度比柴油短，基本没有碰壁现象；油孔附近的油束上边缘处具有合适的燃料浓度和较高的温度，最先发生自燃；在扩散燃烧时燃料与空气混合速度慢，燃烧速度慢，持续时间长．计算所揭示的现象与试验观察基本相符．