乙醇汽油双燃料双喷射系统发动机燃油互换的对比研究

将1台GDI(gasoline direct injection)增压发动机改装成乙醇汽油的双燃料双喷射系统发动机,系统地对比研究EPI+GDI(进气道喷射乙醇+缸内直喷汽油)和EDI+GPI(缸内直喷乙醇+进气道喷射汽油)2种燃烧模式对提高发动机燃油经济性、降低气态常规排放和微粒排放的影响规律。研究结果表明:当量比油耗bESFC随乙醇质量分数wethanol的增加逐渐降低;由于乙醇较高的汽化潜热对缸内直喷的充量冷却效果更好,EDI+GPI燃烧模式的燃油经济性比EPI+GDI的好;2种燃烧模式的HC排放量均随wethanol增加而减小;CO排放量随着wethanol增加先减小后增大,但在转折点(wethanol=40%)前,EDI+GPI燃烧模式的CO排放量大;在转折点后,EPI+GDI的CO排放量大;EPI+GDI燃烧模式的NOx排放量随wethanol的增加而增大,而EDI+GPI的NOx排放量呈现相反的趋势;微粒粒径均随着wethanol的增加逐渐降低,乙醇良好的蒸发特性和较高的氧摩尔分数不仅抑制了微粒的生成,而且促进了微粒的氧化;EDI+GPI燃烧模式的微粒排放量明显比EPI+GDI的大。     

燃料特性和工况对直喷汽油机微粒排放的影响

在一台四缸增压直喷式汽油机上研究了其微粒粒径分布特性,考察了燃料属性(T90温度、乙醇添加)、发动机运行工况参数(负荷、点火时刻等)、喷射策略(喷射时刻、2次喷射)对微粒粒径分布以及微粒数目的影响规律.研究发现:T90温度对微粒排放有显著的影响,T90温度升高,微粒排放增加;增压直喷式汽油在中等负荷下的微粒排放浓度最高,在大负荷下由于轨压升高和高温排气的氧化,最大微粒排放浓度反而减小;汽油中添加10%的乙醇可以使得微粒排放适度减少;较早的喷射时刻使得燃料蒸发时间延长,混合气更加均匀,有助于减少微粒排放;而2次喷射有助于抑制微粒排放,选择合适的第2次喷射时刻,可使其抑制效果最佳;点火时刻对微粒排放影响显著,推迟点火可以减少直喷式汽油机的微粒排放.     

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.     

机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律的研究

缸内直喷汽油机以其出色的经济性和瞬态响应性能得到了市场的广泛认可,但其类似于柴油机的喷射特点决定了汽油缸内混合时间短、混合气局部过浓并使得其微粒生成的质量和数量增加;此外机油不可避免地参与燃烧也会影响微粒排放特性。为研究机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律,本文采用DMS500粒径分析仪对一台GDI发动机不同机油消耗量条件下的微粒粒径分布特性进行研究。研究结果表明：改变油气分离器的状态可以显著改变GDI发动机的机油消耗量;怠速工况下机油消耗量增加会导致微粒生成质量和数量浓度显著升高;低速工况下,中低负荷时,机油消耗量增加,微粒的质量浓度增加;高负荷时影响不明显。中速工况下,机油消耗量对微粒排放影响不明显。     

机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放的影响规律

缸内直喷汽油机以其出色的经济性和瞬态响应性能得到了市场的广泛认可,但其类似于柴油机的喷射特点决定了汽油缸内混合时间短、混合气局部过浓,并使得其微粒生成的质量和数量增加。此外机油不可避免地参与燃烧,也会影响微粒排放特性。为研究机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律,采用DMS500粒径分析仪对一台GDI发动机不同机油消耗量条件下的微粒粒径分布特性进行研究。研究结果表明:改变油气分离器的状态可以显著改变GDI发动机的机油消耗量;怠速工况下机油消耗量增加会导致微粒生成质量和数量显著升高;低速工况下,中低负荷时,机油消耗量增加,微粒的质量浓度增加;高负荷时影响不明显。中速工况下,机油消耗量对微粒排放影响不明显。     

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...     

喷射策略对乙醇-汽油发动机燃烧和排放的影响

为改善乙醇-汽油发动机的燃烧和排放性能,针对一台乙醇-汽油发动机开展了典型工况下不同喷射策略的试验,对比分析了各种喷射策略和乙醇比例对发动机燃烧和排放的影响. 结果表明,燃油消耗率（Brake Specific Fuel Consumption, BSFC）随加权喷射正时中心（TCOI）提前呈现先下降而后趋于稳定,随喷射次数增加而下降. 相比单次喷射,多次喷射使BSFC最大减少7%,一氧化碳和碳氢化合物排放明显降低,但会导致氮氧化物排放略有上升（远小于TCOI的影响）. 汽油掺混乙醇后,燃烧持续期变长,但由于点火正时和燃烧重心提前使发动机热效率明显提升. 增大TCOI和乙醇比例均可降低一氧化碳体积分数,最大降幅达15%. 乙醇比例对碳氢化合物和氮氧化物的影响取决于TCOI. TCOI能很好地表征喷油特性,对排放影响比乙醇比例和喷射次数的影响均大. 选取合适的喷射次数、乙醇比例和TCOI可显著提高发动机热效率并减少排放.     

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。     

汽油直喷发动机燃烧特性分析

通过试验研究了2.0 L汽油直喷(GDI)发动机在中、低转速和部分负荷下的燃烧特性,并与进气道喷射(PFI)发动机的燃烧特性进行了对比,同时分析了滚流比对GDI燃烧特性的影响.结果表明:在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa的工况下,GDI发动机的燃烧速度要低于PFI发动机的;发动机在中、低转速工况下,提高气道滚流比可以增强缸内气流运动强度,提高混合气的燃烧速度;当发动机转速达到3 000 r/min时,高滚流比会引起燃烧过程恶化.进气道翻板的应用可以提高低转速发动机的气流运动速度,加快缸内混合气的燃烧,改善低转速发动机的热效率.在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa工况下的计算流体力学分析结果显示,进气道翻板的关闭会增强缸内气流运动强度,提高可燃混合气分布的均匀性.     

不同燃烧模式下正庚烷燃烧发动机排气超细颗粒特性

在改造的发动机上研究了正庚烷缸内直喷压燃（CIDI）、进气道喷射均质压燃（HCCI）以及进气道 气缸喷射复合燃烧（CCCI）3种燃烧模式的发动机排气超细颗粒特性.结果表明,排气超细颗粒数浓度-粒径分布曲线随预混合率变化显著;CIDI燃烧时,排气超细颗粒以积聚模态微粒为主.随着预混合率的增大,排气积聚模态微粒数浓度明显降低,而核模态数浓度则显著增大;正庚烷HCCI燃烧时发动机排气超细颗粒以核模态微粒为主,积聚模态微粒数浓度很低;正庚烷CCCI和HCCI燃烧时发动机排气总颗粒数浓度明显较CIDI燃烧时高.排气核模态数浓度与HC排放明显相关.     

均质二甲醚/乙醇喷雾压燃的燃烧和排放特性

在改装的2-135柴油发动机上对进气道喷射二甲醚(DME)引燃直喷乙醇的燃烧特性进行研究,分析了燃料预混合率和负荷对缸内压力、放热率、压力升高率和排放等的影响.结果表明:在发动机转速1000 r/min,平均有效压力pBME=0.27、0.41 MPa的工况下,缸内燃烧过程包括DME的均质充量压燃和乙醇喷雾燃烧2部分,随着预混合率增加,DME冷焰反应后的燃烧相位不断提前,燃烧过程由2个阶段发展到4个阶段,而后变为3个阶段;与此同时,缸内压力增大,循环变动减小;排放物中NOx的体积分数随预混合率的变化趋势与负荷有关,在pBME≤0.33 MPa时,NOx的体积分数随预混合率的降低而减小,但pBME=0.41 MPa时,情况则正好相反.     

预混充量压缩着火和直接喷射对发动机性能影响研究

在一台2105柴油机上进行了部分预混充量压缩着火和直接喷射(PCCI-DI)复合燃烧对发动机有效热效率和排放等性能影响的研究.试验包括:在进气道预先对二甲醚燃料和空气进行混合,再将形成的均质混合气送入燃烧室;在压缩行程末期,利用压燃式发动机的燃油喷射装置将柴油喷入燃烧室,从而实现了PCCI-DI燃烧.试验结果表明,与传统直喷压缩燃烧方式相比,在中低转速和低负荷工况下,采用PCCI-DI燃烧模式的发动机能降低NOx和碳烟的排放量,提高有效热效率,但HC和CO排放量显著增加;随着二甲醚预混比的增加,NOx排放量略有所降,碳烟排放量可进一步降低.     

喷射策略和运行工况对直喷汽油机微粒排放的影响

应用DMS500型快速颗粒分析仪对一台自然吸气缸内直喷汽油发动机排放的颗粒物粒径分布进行试验研究,考察了运行工况(负荷、冷却水温和点火时刻)以及喷油策略(喷油时刻、喷油压力)对颗粒物粒径分布特性及其微粒数量的影响规律,并分析了不同工况下颗粒物的氧化活化能.结果表明:缸内直喷汽油发动机排放的颗粒物粒径呈现出双峰变化特征,在30℃水温时,低负荷下以生成积聚模态颗粒物为主,高负荷下以生成核模态颗粒物为主;较低的冷却水温会增加排放的颗粒物数量;点火时刻的推迟能够减少颗粒物的生成;在不同负荷的喷油时刻都存在一个最佳的颗粒物排放点;喷油压力越高,生成的颗粒物数量越少,核模态颗粒物的比例越高;随着负荷增加和冷却水温降低,颗粒物的起燃温度升高,颗粒物的氧化活性降低.     

增压直喷汽油机起动怠速及混合气浓度对微粒排放的影响

在一台增压直喷(GDI)汽油机上,使用快速微粒光谱仪(DMS500)对排气中微粒排放分布进行了实验研究.结果表明:在发动机起动后数秒内微粒排放较高,随着暖机进行积聚态微粒排放减少,热机怠速工况排气微粒主要以核模态为主.随着过量空气系数λ减小缸内峰值压力增加,燃烧持续期缩短,缸内平均温度升高,燃烧后期缸内温度下降幅度增加,混合气氧含量降低,这些均促进了碳烟排放.采用稀混合气时,循环变动升高.低负荷时,积聚态微粒对λ变化较敏感;增加负荷和转速后,积聚态微粒数浓度有所降低,表现为随λ减小而增加的趋势.采用浓混合气时,排气微粒质量迅速增加.在实验工况,排气微粒的几何平均直径(GMD)和中位直径(CMD)基本在10,nm以内,λ为0.8时微粒的GMD和CMD值较大.     

喷气策略对多点喷射天然气发动机燃烧及排放的影响

为了提高大缸径船用多点喷射稀薄燃烧天然气发动机在中低负荷下的缸内火焰传播速度及燃烧效率,进而优化发动机燃烧和排放,以喷气策略为切入点,采用台架试验与仿真两种方法,分别研究喷气方向与位置、喷气压力以及喷气时刻对发动机燃烧及排放的影响。结果表明：喷气方向与进气气流垂直可以增强扰动作用,喷气位置距气门远可以增加燃气射流在进气道中行进的距离,进而增加进气混合的均匀性,使浓混合气分布靠近火花塞,燃烧及排放明显改善;喷气压力采用较高的736.63 kPa时可以增加喷射动能,提高缸内湍流强度、进气混合均匀性同时适应缸内大尺度掺混,使燃烧和排放更优;随着喷气时刻的推迟,在点火时,缸内混合气形成明显的分层现象,混合气浓度自上而下逐渐降低,火花塞附近浓混合气利于火核发展,火焰传播速度加快,燃气燃烧效率提高。该文结果为实现大缸径船用天然气发动机高效清洁燃烧提供了理论依据。     

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.     

缸内直喷式汽油机燃用化学计量比混合气的试验

将一台TY1100柴油机改装为缸内直接喷射汽油机，当发动机运行在不同负荷工况下，采用不同的混和气浓度分布，实现了部分负荷采用分层燃烧以获得发动机的经济性，全负荷采用化学计量比混合气，实现了均质预混和燃烧以获得发动机的动力性．台架试验表明，燃油消耗量能降低6％，UBHC排放能降低31％，NOx排放能降低10％．     

氨/柴油双燃料船用中速发动机燃烧及排放特性

基于一台缸径为400 mm的船用中速柴油机开展计算流体力学(CFD)数值模拟，研究在进气道喷射氨气、缸内直喷柴油的双燃料燃烧模式下发动机的燃烧和排放特性．计算结果表明：随着氨预混合气当量比增加，氨气的燃烧效率提高，但会导致爆压增高；柴油能量比提高，会提高燃烧效率，但过高的柴油能量比会使柴油燃烧不充分，导致CO排放量增加；适当降低发动机压缩比能延长滞燃期，从而提高燃烧效率和指示热效率．当发动机压缩比为13、氨气预混合气当量比为0.55、柴油能量比为10%时，燃烧爆发压力为18.2 MPa，指示热效率达到47.2%，发动机能够获得较为优越的综合性能．     

乙醇汽油发动机非常规排放及其催化转化的研究

利用气相色谱-氦离子化快速检测方法,研究了一台多点电喷汽油机分别燃用乙醇汽油混合燃料(乙醇的体积分数分别为0%、10%、20%和85%,记为E0、E10、E20和E85)时的非常规醇醛排放特性及其催化转化特性.研究结果表明:与汽油机相比,E10和E20混合燃料发动机的甲醛、乙醛和乙醇排放随乙醇掺混比的增加而增加,而E85混合燃料发动机的甲醛、乙醛排放增幅略小,约为E0发动机的1.6倍和2.4倍,乙醇排放却大幅增加,约为E10混合燃料发动机的35倍;随负荷的增加,乙醛排放整体呈增加的趋势,E10和E20混合燃料发动机的乙醇排放降低,而E85混合燃料发动机的乙醇排放却增加;普通的三效催化器对乙醛、乙醇排放的转化效率均在75%以上,但对甲醛的转化效果不佳,对E20和E85混合燃料发动机甲醛排放的转化效率低于30%.     

控制参数对增压缸内直喷汽油机部分负荷下微粒排放特性的影响

为研究控制参数对缸内直喷(GDI)汽油机微粒排放特性的影响,在一台GDI汽油机上,当控制冷却液温度为(85±2)℃、点火正时为上止点前30°时,研究了部分负荷下喷油压力、喷油正时和过量空气系数对微粒的粒径分布特性和数量浓度排放的影响。结果表明,增大喷油压力,微粒数量浓度峰值及其对应的粒径均减小。发动机转速提高,微粒的总数量浓度升高;1 500r/min时的积聚态微粒排放高于核态微粒排放,2 000r/min和2 500r/min时核态微粒排放高于积聚态微粒排放。喷油正时为上止点前270°时,微粒排放最低;喷油正时为上止点前330°时容易形成较多较大尺寸的微粒,微粒数量浓度比其他喷油时刻高出一个数量级。增大过量空气系数,采用偏稀混合气可以降低微粒排放数量,采用浓混合气,核态微粒数量浓度高于积聚态微粒。该结果可为增压缸内直喷汽油机微粒排放特性研究提供参考。