火花点火发动机顶环岸间隙处未燃碳氢生成和释放过程的数值模拟计算

基于火焰传播过程建立了火花点火发动机顶环岸间隙处未燃碳氢生成和释放过程的数学模型，并利用模型进行了顶环岸间隙处未燃碳氢生成过程的数值模拟计算。计算结果表明：当汽油机燃用稀混合气、采用低压缩比、适当推迟点火提前角以及采用边缘布置火花塞等均可有效地降低顶环岸间隙内未燃碳氢的生成量，达到降低未燃碳氢排放的目的。     

火花点火发动机润滑油膜处碳氢生成过程的研究

利用雷诺类比法研究了火花点火发动机缸套壁面润滑油膜处未燃碳氢的吸附和释放过程，研究了结构和运转参数对润滑油膜处未燃碳氢吸附量的影响。计算结果表明，提高缸套壁面润滑油温度，提高发动机转达，燃用较稀混合气以及使用低压缩比等措施均能减少缸套壁面润滑油膜中未燃碳氢的吸附和释放量，达到降低发动机未燃碳氢排放的目的。     

碳氢燃料燃烧热效应的化学平衡算法

基于化学平衡计算方法，提出了计算燃料燃烧热效应的新方法。以甲烷（CH4）为例求解了其在不同空燃比和反应温度条件下的产物组分及浓度。从化学热力学的角度，在较完整反应式的基础上，得到了CH4的反应热与反应温度和计量空气系数的关系，从而揭示了CH4环保、经济的燃烧条件是反应温度低于2400K，且过量空气系数大于1。对压缩天然气的燃烧计算和模拟结果表明：在发动机燃烧计算和模拟中，采用化学平衡分析热效应处理方法比低热值定等处理方法更合理。     

柴油机燃用混合含氧燃料的燃烧与排放

为协同推广使用不同生物质来源的乙醇和生物柴油,研究了不同混合比下乙醇-柴油-生物柴油混合含氧燃料的经济性、动力性与排放特性,为混合含氧燃料的推广应用提供理论和试验依据。研究结果表明:以柴油为参照,柴油机燃用3种混合燃料时的缸内压力均略有降低,EBD1(80%柴油+20%生物柴油)峰值压力出现位置提前约1°CA,乙醇的加入使EBD2(70%柴油+20%生物柴油+10%乙醇)和EBD3(55%柴油+20%生物柴油+25%乙醇)压力峰值略有滞后;3种混合燃料对应放热率曲线峰值均低于纯柴油。随生物柴油以及乙醇掺混比例的增加,混合燃料的放热率峰值呈现不同程度的下降;随混合燃料含氧量的增加,HC和CO排放均有不同程度的降低,烟度排放下降趋势明显,而NOx排放则略有增加。     

降低火花点火发动机未燃碳氢方法的研究

开展了不同顶岸间隙时火花点火发动机未燃碳氢排放的实验研究，并对顶岸间隙宽度对发动机动力性和经济性的影响进行了分析，认为最佳的顶岸间隙宽度应为１．３倍双壁激冷厚度，在此条件下火焰将传播进顶岸间隙内，烧掉其内积蓄的未燃碳氢量，这样即能达到有效降低发动机排气未燃碳氢（排气碳氢下降３５％￣５０％），又不会对发动机的动力性和经济性产生较大影响（功率下降０．５％￣１．５％，燃料消耗率增加１％￣３％）。     

顶岸狭缝间隙对汽油机未燃HC排放的影响研究

通过对汽油机起动及怠速工况下活塞顶岸狭缝处瞬态温度的测量以及对瞬时未燃ＨＣ排放的测量，探索在该工况下未燃ＨＣ排放的主要影响因素以及顶岸狭缝间隙在总体未燃ＨＣ排放中所占的比例，为进一步研究降低火花发动机在起动及怠速工况下未燃ＨＣ的排放提供了依据．文中建立了火花点火发动机起动热机工况下顶岸狭缝间隙处未燃ＨＣ生成的数学模型．与实验结果相比较，证明该模型具有较高的准确性．     

火花点火发动机润滑油膜外碳氢生成过程的研究

利用雷诺类比法研究了火花点火发动机缸套壁面润滑油膜处末燃碳氢的吸附和释放过程，研究了结构和运转参数对润滑油膜处末燃碳氢吸附量的影响。计算结果表明，提高缸套壁面润滑油温度，提高发动机转速，燃用较稀浊合气以及使用低压缩比等措施均能减少缸套壁面润滑油膜中末燃碳氢的吸附和释放量，达到降低低发动机末燃碳氢排放的目的。     

汽油机燃用汽油含氧化合物混合燃料时的燃烧特性研究

根据实测示功图,系统分析了汽油中分别掺混甲醇、乙醇、乙醚含氧燃料时的质量燃烧率和最高爆发压力．计算结果表明：与汽油相比,汽油中掺混乙醚可明显缩短着火延迟期和燃烧持续期,并提高缸内最高爆发压力;掺混醇类燃料的比例较小时,可缩短着火延迟期,并明显缩短燃烧持续期;掺混醇类燃料的比例较大时,将使着火延迟期和燃烧持续期增加;汽油中掺混醇类燃料使最高爆发压力下降     

实际气体效应对碳氢燃料点火延迟时间的影响

当前商业软件或数值计算方法基于理想气体假设对点火延迟时间等碳氢燃料基础燃烧数据进行仿真模拟,在高压或超临界压力条件下可能导致较大误差。本研究依托开源化学反应动力学计算平台Cantera,构建了考虑实际气体效应的模拟仿真框架,进行了平台可靠性的验证,计算了丙烷、正庚烷和正十二烷等典型燃料体系在不同压力条件下的点火延迟时间,分析了实际气体效应对碳氢燃料点火延迟时间的影响。结果表明:高压条件下实际气体效应对点火延迟时间的影响较为显著,仿真计算中须考虑该效应以获得准确结果;燃料物化性质的非理想性随压力升高而增加,采用实际气体状态方程可以恰当地描述该变化特征;点火延迟时间的非理想性偏差与压力、温度存在较明显关联,且随着压力升高而单调增大,与温度的关联则呈现非单调性,在负温度系数区域出现峰值。本研究可为碳氢燃料在热力设备高压或超临界压力条件下燃烧反应过程的高精度模拟提供理论支持。     

柴油机暖车阶段未燃碳氢排放影响因素的研究

通过在一台高速直喷式柴油机上的试验,得出了在暖车阶段柴油机未燃碳氢(HC)排放与冷却液温度之间的变化规律以及发动机转速与负荷对未燃HC排放的影响,试验结果表明,暖车时柴油机采用的负荷和转速大小决定了未燃HC排放的多少,当转速一定时,存在一个决定未燃HC排放随冷却液温度变化而有不同趋向的临界负荷,低于此负荷,随着冷却液温度的升高,HC排放浓度趋于下降或基本不变;超过此负荷后,HC排放浓度会随着冷却液温度的升高而增大,另外,研究表明,在负荷相同时,柴油机的未燃HC排放量随着转速的升高而下降,就未燃HC排放总量而言,存在一个未燃HC排放最少的暖车转速和负荷区间。在该区间内,要求发动机应采用较高转速,较低的负荷。     

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。     

含氧燃料添加对引燃式天然气发动机细颗粒排放的影响

为了降低柴油引燃天然气发动机的颗粒排放,在改装的柴油机上试验研究了含氧燃料碳酸二甲酯(DMC)添加对柴油引燃天然气发动机燃烧和颗粒排放的影响。通过对比分析不同的含氧燃料掺混比下的燃烧参数和颗粒排放特性发现:随着引燃燃料中DMC掺混比的增大,引燃燃料中含氧量(氧的质量分数)的不断增加,滞燃期逐渐推迟,初始燃烧放热率峰值增大,初始燃烧期逐渐延长,总燃烧持续期不断缩短;柴油引燃天然气发动机的颗粒排放呈现单峰分布,随着引燃燃料中含氧量的增加,颗粒数量浓度峰值粒径向大颗粒粒径方向移动,颗粒的数量浓度和质量浓度同时减小,当引燃燃料中含氧量达20%时,颗粒质量浓度降幅达70%,颗粒数量浓度降幅达86%。因此,引燃燃料中添加含氧燃料DMC是一种降低柴油引燃天然气发动机颗粒排放的有效方法。     

柴油机燃用柴油-丙烷混合燃料的性能与排放研究

利用高压氮气将丙烷在常温下液化,按不同比例与柴油进行充分而均匀的混合,制成柴油-丙烷混合燃料.在直喷式柴油机上开展了燃用柴油-丙烷混合燃料时的发动机性能和排放特性研究.研究结果表明:与燃用柴油相比,燃用柴油-丙烷混合燃料时,在整条曲线上,有效热效率随混合燃料中丙烷比例的增加而增加,平均由31.6%增加至33.7%;有效燃料消耗率随混合燃料中丙烷比例的增加而降低,平均由268.3 g/(kW.h)降低至248.6 g/(kW.h);CO、HC和碳烟排放随混合燃料中丙烷比例的增加而降低,CO排放平均由0.059%降至0.046%,HC排放平均由45×10-6降至21.8×10-6,碳烟排放平均由1.057 m-1降至0.364 m-1;NOx排放随混合燃料中丙烷比例的增加而增加,平均由730×10-6增至1 226×10-6.     

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。     

495Q汽油机燃用M85甲醇时化油器的改造

为了能在４９５Ｑ汽油机上使用甲醇混合燃料,对原４９５Ｑ汽油机化油器进行了技术改造和实验研究。通过理论分析确定了燃用Ｍ８５甲醇时化油器的主要结构参数;把改造后的化油器装于４９５Ｑ汽油机上燃用Ｍ８５甲醇燃料,进行了台架实验,实验结果表明,发动机运转稳定,性能良好。     

火花点火发动机稀燃NOx排放控制的电控节气门系统研究

为应用吸附还原催化器控制稀燃NO_z排放,建立了一套火花点火发动机的电控节气门系统．当发动机短时间工作在富燃状态时,通过控制节气门开度和点火提前角,可以获得稳定的功率和扭矩输出．在丰田8A16气门电喷汽油机上进行了试验研究,同时采用吸附还原催化器和三效催化器控制排放．催化后NO_z排放最低可达50×10~(-6),转化效率高迭90%以上．在浓稀变换过程中,催化后的NO_z排放保持稳定．     

一种基于缸内压力波检测的汽油机爆震控制系统

对利用检测缸内压力波进行爆震判别与控制进行了研究，采用经过爆震频率带通滤波后的缸内压力波的峰值作为衡量爆震强度的指标，通过实验确定判别爆震发生的门坎值．考虑到爆震指标分布的特点，采用统计的方法确定爆震的强度，并且根据爆震强度对点火提前角进行控制，使发动机工作在轻微爆震状态，经济性和动力性得到了提高     

柴油机燃用乙醇-柴油-汽油混合燃料的试验研究

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料，在单缸四气门135柴油机上对燃用不同配比混合燃料及使用不同油嘴型式进行了性能试验。结果表明：燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料，柴油机动力性、经济性基本不变，碳烟和NOx排放下降明显；着火滞燃期延长，缸内平均温度下降，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短；当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时，着火滞燃期进一步延长，油气混合速率和混合气均匀度明显提高，在整个工况范围内，气缸压力和缸内平均温度均较低，碳烟和NOx排放同时降低，其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征。     

纽带管内吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性实验研究

为了探究新型飞行器热防护结构与换热部件中结焦及流动换热机理,选择内置纽带的外径6mm、壁厚1mm的304型合金圆管,在质量流量为1.2g/s、流体出口压力为3MPa、出口温度为620℃的实验条件下,探究了内置纽带(扭曲比y=6.31,12.63)对吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性的影响。实验结果表明:相较于普通圆管,插入纽带后,结焦堵塞引起了实验段压降最大值降低了85%以上,管内结焦量减少了93%以上,实验管段外壁温随时间变化的幅度减小,相同位置的Nu有明显的提高。分析得知:螺旋纽带能使管内碳氢燃料产生旋转并引起二次流,在强化传热的同时可以冲刷附着在管内壁上的结焦沉淀,减少结焦量,进一步强化换热。