实时燃料设计的均质充量压缩着火燃烧与排放的试验研究

根据燃料设计的思想,提出了混合燃料比例实时优化的均质充量压缩着火(HCCI)燃烧控制新方法,并在HCCI单缸发动机上进行了HCCI异辛烷/正庚烷实时控制试验.结果表明:混合燃料HCCI着火以及燃烧相位主要取决于正庚烷实际的燃空当量比;异辛烷的加入对爆震当量比界限有所拓展,但HCCI爆震主要与混合燃料总当量比有关;随着辛烷值比例的提高,导致HCCI运行范围变窄,但是实时调控证明相对纯正庚烷,混合燃料的HCCI燃烧最大负荷提高了80%.试验证明了实时优化控制HCCI燃烧和降低排放的可行性.     

边界参数对HCCI发动机燃烧影响的模拟研究

为了研究边界参数对柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程的影响,应用CHEMKIN化学动力学软件包中的SENKIN程序以及正庚烷(n-heptane)氧化反应简化模型,模拟了不同进气温度、进气压力和当量比等边界参数对HCCI发动机燃烧及排放特性的影响.结果表明,在相同当量比条件下,增压可以拓宽HCCI发动机负荷工况范围,同时保持氮氧化物排放基本不变;过浓或过稀的混合气导致CO排放增加;混合气浓度分层增加NO排放.     

基础燃料均质压燃燃烧特性的数值计算

结合详细化学反应动力学机理,利用CHEMKIN软件计算了基础燃料均质压燃燃烧(HCCI)的过程,并与单缸HCCI燃烧试验作出对比。研究了燃料成分、压缩比、燃空当量比、初始温度、初始压力对HCCI发动机燃烧的影响。计算结果表明:随着燃料辛烷值的增加,着火延迟期增加;压缩比、当量比、初始温度、初始压力的变化对燃烧着火时刻有显著影响,同时不难看出,基础燃料HCCI燃烧运行工况范围是有限制的。     

甲醇/正庚烷双燃料均质充量压缩着火燃烧

在单缸发动机上进行了甲醇/正庚烷双燃料均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的试验研究,采用详细化学反应机理分析了它们的反应过程和中间产物历程.研究表明,甲醇和正庚烷浓度的变化主要通过影响第一阶段放热量和放热时刻,进而影响高温着火时刻.正庚烷当量比不变时,随着甲醇浓度增加,低温反应放热量减小,燃烧始点推迟;当总燃料当量比不变,增加正庚烷比例时,低温反应时刻提前,峰值放热率增加;正庚烷当量比和总燃料当量比之比在0.8左右时,高温着火时刻发生在上止点附近,此时气缸压力和峰值放热率最大.对排放影响因素分析表明,CO排放更多取决于燃烧温度,而HC主要取决于甲醇比例.数值模拟发现,OH摩尔分数在10-6数量级才触发冷焰反应,甲醇浓度的变化引起低温阶段nC7ket和OH最大浓度及时刻的改变,从而影响低温和高温反应.     

正庚烷/柴油双燃料复合HCCI燃烧的试验研究

通过在进气道预喷正庚烷,在上止点前缸内直喷柴油压燃,试验研究了不同预混合比例和不同负荷下的正庚烷/柴油双燃料复合HCCI燃烧和排放特性.结果表明:复合HCCI的热效率和原机柴油直喷压燃模式相当,并且可以在全负荷范围内有效降低原机的Nox排放,在大负荷时采用较小的预混合率还可以同时降低碳烟排放;与常规HCCI相比,显著降低了HC排放,同时在中低负荷对降低CO排放也有明显效果.     

均质压燃的燃烧循环变动试验

为研究均质压燃的燃烧循环变动规律，在单缸发动机上进行了不同辛烷值燃料的均质压燃试验．结果表明，在恒定的平均指示压力下循环变动随辛烷值的增大而增大，在恒定的辛烷值下循环变动随平均指示压力的增大而减小；对于高辛烷值燃料，转速对循环变动的影响非常明显，尤其在较高转速时，循环变动随转速的升高急剧增大；在不发生爆震的情况下，燃烧效率、指示热效率以及HC和CO排放随循环变动的减小而改善，而NOx排放几乎没有变化，但一旦出现爆震情况，则指示热效率降低，NOx排放急剧升高．     

EGR对甲醇HCCI发动机燃烧与排放的影响

针对均质压燃燃烧难以控制的问题,在一台发动机上,改装进排气系统,并加装均质混合气供油系统和进气加热系统,研究了外部EGR（废气再循环）对甲醇HCCI（均质充量压缩着火）燃烧与排放特性的影响。结果表明：外部EGR对甲醇HCCI燃烧过程和排放都有显著的影响,随EGR率的增加,CA10、CA50逐渐推迟,燃烧持续期逐渐延长,但影响的程度因混合气浓度的不同而变化;HC和CO排放逐渐增加,且增加的幅度逐渐变大;NOx排放仅在混合气较浓时存在（过量空气系数小于1.5时）,且随着EGR率的增加迅速下降。     

氢燃料内燃机NOx排放特性及机理

为深入研究氢燃料内燃机NO_x的生成机理,基于CONVERGE软件建立了三维网格耦合详细化学反应机理的氢燃料内燃机CFD仿真模型,进行了氢燃料内燃机在不同负荷下的燃烧及排放特性研究。模型的仿真结果和试验数据较为吻合。结果表明,氢气浓度增大有利于提高氢燃料内燃机的效率;NO的大量生成出现在不断升温的快速燃烧期,快速燃烧结束后NO总量不断减少,其缸内平均温度低于2 200K时NO总量趋于稳定;热NO,NNH和N_2O是NO生成最主要的路径,其中热NO路径产生的NO排放最多,其贡献率随着负荷增大而增大。NNH和N_2O路径在较低浓度时有接近25%的贡献率,而在燃空当量比为1.0时,这2种路径对NO生成的贡献率之和为负值。采用化学反应动力学方法得到了3种路径在不同负荷下对NO生成的贡献率,初步揭示了氢燃料内燃机NO_x生成的机理,为后续研究提供了理论参考。     

食用油下脚料制生物柴油混合燃料的发动机性能改善研究

在单缸直喷柴油机上燃用生物柴油混合燃料进行动力性与经济性、燃烧与排放特性试验。研究表明:与燃用纯生物柴油相比,发动机燃用生物柴油醇类混合燃料功率降低;有效燃油消耗率增加,有效能量消耗率降低;燃烧压力曲线后移,小负荷时峰值压力降低,中高负荷时峰值压力增加;CO与碳烟排放浓度降低(掺混甲醇效果更好)、HC排放略有增加但绝对值低、NOX排放基本保持不变。     

二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性

为开究二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性，在单缸发动机上进行了二甲影甲醇均质压燃的试验研究．结果表明，随二甲醚浓度增加，主燃烧时刻提前，燃烧持续期缩短，放热率峰值升高；随甲醇浓度增加，低温反应变得不明显，主燃烧时刻推迟，燃烧持续期延长，因此通过调节2种燃料浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程．在均质压燃正常燃烧范围内，燃烧效率和指示热效率随二甲醚浓度的增加而提高，随甲醇浓度的增加而降低，通过采用较浓的二甲醚可以获得比较高的指示热效率值，试验中在较高负荷采用高浓度二甲醚时，指示热效率达到48％．     

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．     

变工况条件下HCCI/SI燃烧模式转换的实现

为了满足车用发动机的要求,在HCCI燃烧的运行范围之外,仍需要使用火花点火（SI）燃烧模式.目前HCCI/SI模式转换的方法和策略都是在相同工况下完成的,这增加了控制上的难度并会带来负荷波动.针对此问题,采用全可变气门机构结合外部废气再循环的方法,在变工况条件下,完成HCCI和SI燃烧模式的转化.并将HCCI燃烧模式中废气率调整负荷的方法延伸进SI燃烧控制中.由于在控制策略层面,采用模式过渡的方法,消除了HCCI/SI模式转换的概念,因而简化了控制策略.     

Experimental study of n-heptane ignition delay with carbon dioxide addition in a rapid compression machine under low-temperature conditions

The ignition delay of n-heptane homogeneous charge compression ignition(HCCI) combustion under high levels of carbon dioxide addition was quantitatively measured at elevated pressure from low to intermediate temperatures in a rapid compression machine.The experiments were conducted in the compressed temperature range 613-750 K.Both the compression ratio and fuel/air equivalence ratio were varied to investigate their effects on the ignition delay of n-heptane.Carbon dioxide was subsequently added to study the influence of the carbon dioxide level on the ignition delay of n-heptane under low-temperature conditions.It was found that carbon dioxide had different effects on the two-stages of ignition delay of n-heptane under low-temperature conditions:the concentration of carbon dioxide had little effect on the first-stage ignition time;a certain concentration of carbon dioxide accelerated the first-stage ignition but had a significantly larger impact on the second-stage ignition delay,thus increasing the overall ignition delay time.The results also showed that the first-stage ignition delay of n-heptane is only a function of temperature under low-temperature conditions.The mass of n-heptane in the combustible mixture,the equivalence ratio,and the pressure at the top dead center had little effect on the first-stage ignition time of n-heptane.     

棉籽生物柴油的燃烧和排放性能

为测试棉籽生物柴油的燃烧和排放性能,本文在柴油机结构不作改动的情况下,适当提高喷油压力,在额定转速下燃用不同棉籽油调和比例的生物柴油与燃用0#柴油时的负荷特性和碳烟排放进行了对比试验研究。结果表明,提高喷油压力可有效改善生物柴油的雾化质量,同时负荷特性曲线平缓性变差,在较高负荷时出现凸峰现象：低棉籽油调和比例的生物柴油不需提高喷油压力,可直接在柴油机上燃用;生物柴油最小油耗率向低负荷偏移。碳烟排放随棉籽油调和比例增加而明显改善。     

柴油机燃烧过程中多环芳香烃的生成机理

以正庚烷和甲苯作为柴油燃料替代混合物,构建了1个包含多环芳香烃（PAHs）的柴油燃料替代混合物燃烧化学动力学机理,PAHs的生成考虑到5个苯环。该机理包括153种组分,697个基元反应。在激波管、正庚烷预混火焰和均质充量压燃着火发动机条件下对该机理进行了验证,结果表明构建的机理在HCCI燃烧方面的预测性能是可靠的,可以进一步简化,进而为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合计算燃烧和排放提供了可行的途径。     

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。     

发动机催化燃烧多维数值模拟

将发动机三维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKIN Ⅲ及DETCHEM相耦合,模拟了催化燃烧对均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程及排放的影响.发动机以甲烷为燃料,其表面和空间氧化反应采用了详细的动力学机理.利用此模型分析了活塞顶催化剂铂(Pt)或铑(Rh)涂层对HCCI发动机着火时刻、缸内温度场及HC、CO、NOx 排放的影响,结果表明催化燃烧会使HCCI发动机着火时刻提前,同时能降低HC、CO的排放,但会提高NOx 的排放;在相同工况下,相比催化剂Pt,催化剂Rh使HCCI发动机着火时刻提前的幅度要大,同时HC的排放要低,但CO及NOx 的排放要高.     

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     

压缩比对均质充量压缩着火发动机性能影响的研究

在一台TY1100单缸发动机上试验研究了8 0、10 7、14 0三种压缩比对均质压燃二甲醚发动机的动力性和经济性等运转特性的影响.研究结果表明:均质充量压缩着火发动机的最佳工作范围与发动机转速混合气过量空气系数和负荷有密切的关系;在发动机试验条件下,三种压缩比均能使发动机稳定工作,但低压缩比时工作区域狭窄,高压缩比时发动机的有效功率和热效率降低,压缩比为10 7时运转范围宽,热效率较高.研究发现,通过提高发动机转速可使发动机工作区向高负荷区扩展.     

喷油策略及EGR对柴油机排放微粒中碳质组分的影响

采集增压直喷柴油机在不同喷油策略及废气再循环(EGR)率下排放颗粒物,使用IMPROVE(Interagency Monitoring of Protected Visual Environment)协议热光反射法对其碳质组分进行试验研究.结果表明,推迟喷油提前角、降低共轨压力以及增加EGR率均能提高燃空当量比;当量比的上升增加了TC(Total Carbon)的排放,同时降低LowTemp EC (Elemental Carbon)/HighTemp EC比和OC(Organic Carbon)/EC比;OC组分中,挥发性OC1所占质量比例最高;EC组分中,HighTemp EC在低负荷时几乎不存在,而高负荷时相对较多.