进气涡流对高速柴油机燃烧和排放性能的影响

本文采用应变式微型测速探针测定了一台倒拖的2135G直喷柴油机燃烧室内的切向气流速度,通过装有导气屏的气阀来形成不同的进气涡流强度。实验表明,涡流强度的变化对发动机性能影响较大,存在涡流强度与喷孔数的最佳配合关系。文中提出的最佳经济条件下涡流强度的计算公式能较好地与实验结果吻合。     

预混均质充量压缩燃烧发动机燃烧与排放特性

为改善柴油机的燃烧和排放特性,在一台2105柴油机上开展了二甲醚(DME)预混比和废气再循环(EGR)对二甲醚-柴油双燃料预混均质充量压缩燃烧(PCCI)发动机的燃烧与排放特性影响的试验研究,通过在进气道预混DME和缸内直喷柴油实现了PCCI燃烧模式。试验结果表明:随着DME预混比的增加,放热过程由两阶段放热发展到三阶段放热,燃烧始点前移,最高爆发压力逐渐增大且对应的相位不断提前;冷EGR导致的PCCI发动机最高爆发压力下降的程度、瞬时放热率峰值及压力升高率峰值对应的相位滞后程度均随着DME预混比的增加逐渐减弱;随着DME预混比的增大和EGR率的减小,当量有效燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高;DME预混比和EGR率增大可有效降低NOx排放,但是HC和CO排放有所增加。文中工况下最优DME预混比为30%。     

进气温度对DMDF发动机燃烧特性和烟度排放的影响

在一台电控单体泵增压中冷发动机上,研究在固定柴油和甲醇供给时刻和供给量条件下,进气温度变化对柴油甲醇二元燃料燃烧特性的影响.结果表明:相同工况下,进气温度从40,℃变化到70,℃可以使爆发压力相差4,MPa,着火时刻相差15°,CA;进气温度的升高,不仅会造成滞燃期缩短、最大爆发压力和压力升高率增大,而且最大爆发压力出现的时刻变早、燃烧相位前移;在部分工况,变化进气温度还伴随燃烧模式的转变.温度变化还表现出柴油甲醇二元燃料燃烧和发动机转速的极大关联:在低速、较大负荷时,进气温度升高会导致输出扭矩下降和当量比油耗升高;在高速时,进气温度升高能提高输出扭矩并降低当量比油耗,但过高的进气温度会使大量甲醇在上止点之前燃烧,降低输出扭矩并提高当量比油耗.进气温度对碳烟排放也有较大影响:随进气温度降低,碳烟排放降低.综合研究结果表明,柴油甲醇二元燃料燃烧进气温度控制在50~70,℃时,可以获得最佳的经济和排放性能.     

进气掺混H_2和CO_2对柴油机燃烧及排放的影响

文章利用Fire软件建立了ZS195柴油机缸内工作模型,在掺氢EGR(exhaust gas recirculation)的条件下,利用CO_2模拟废气,模拟了4种掺混比例的气体(2%H_2,2%H_2+5%CO_2,2%H_2+10%CO_2,2%H_2+15%CO_2)对ZS195柴油机的燃烧过程和排放的影响。模拟计算结果表明:柴油机掺氢燃烧可以在一定程度上提高热效率;而随着EGR率的提高,缸内最高温度减小,最高爆发压力降低,着火点推迟。因此,可以通过选取适当的EGR率来提高柴油机热效率,同时减少氧化物的排放。     

EGR和冷EGR对柴油机燃烧和排放的影响

设计了一种带冷却系统的柴油机废气再循环(EGR)装置,并进行了EGR及冷EGR对柴油机燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,在各种工况下,EGR都可以显著降低NOx排放,当EGR率为15%时,中高负荷下NOx排放可以降低50%左右,当EGR率为30%时,高负荷下NOx排放可以降低75%左右.但是,EGR率的增加会给柴油机的动力性、燃油消耗率、烟度、CO和HC排放带来不同程度的负面影响,使柴油机的最大爆发压力及放热率峰值下降且出现的位置略微后移.使用冷EGR、中高负荷下,NOx排放可以减少15%左右,烟度排放略有降低.     

弱含氧燃料组分在柴油机上的燃烧过程与排放特性

通过在体积分数为90％的柴油中分别掺混10％生物柴油、10％DMC,连同柴油组成B10、D10和柴油3种燃料．考察了低比例含氧燃料对柴油机燃烧过程、经济性和排放性的影响．试验结果表明：标定工况下,2种舍氧燃料对柴油机缸内最大爆发压力和压升率峰值影响不大,而DMC的加入使DIO的放热峰值明显升高;和柴油相比,BIO的滞燃期缩短约1℃A．而D10的滞燃期较原机状态延长约2℃A。可见DMC造成的着火延迟效应要比同比例生物柴油造成的着火提前效应更为明显：B10的燃油消耗率与柴油基本相当。而DIO的燃油消耗率明显上升;发动机燃用B10时。除NOz在全负荷时升高7．9％外,CO、HC和烟度排放相对有所降低,而混合燃料中DMC的引入虽不利于HC和CO的氧化．但可消除柴油机燃用石化柴油时NOx和烟度排放此消彼长的关系,D10的NOx和烟度排放平均要比柴油分别降低约13．1％和17．7％．综合来看．在柴油中添加低比例生物柴油或DMC可在几乎不影响柴油机性能的基础上部分实现对柴油的完美替代．     

喷油提前角对双燃料柴油机燃烧和排放的影响

为研究喷油提前角对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建柴油-甲醇双燃料燃烧室模型。通过仿真实验的方法,研究当甲醇掺混比为20%,喷油提前角分别为 16.6°、18.6°、20.6°、22.6°时,对柴油机燃烧、排放、动力特性的影响。研究结果表明:随着喷油提前角的逐渐增大,缸内混合气质量得到改善,从而优化混合燃料在缸内燃烧的质量,同时还可观察到放热率曲线逐渐前移且峰值增加。分析数据可知,在甲醇掺混比为20%,喷油提前角20.6°时,NO排放较原机排放增加29.83%,Soot排放量降低30.5%,CO排放量降低5.6%,指示功率增为58.75 kW。     

进气掺混二氧化碳对柴油机燃烧过程影响的可视化研究

为了研究CO_2对柴油机燃烧特性的影响,文章在一台视窗上置式柴油机可视化装置上进行试验,用高速摄像机记录下油门全开时柴油机进气掺混CO_2燃烧过程的火焰图像,应用三基色法计算了燃烧温度场,并结合示功图和放热率曲线分析了进气掺混CO_2对柴油机着火和燃烧过程的影响。分析结果表明:随着掺混CO_2比例的增加,着火时刻推迟,燃烧速率下降,燃烧持续时间不断缩短;缸内最大爆发压力下降,达到峰值压力的时间推迟;放热率峰值下降,放热率曲线整体推后;缸内瞬态最高温度和平均温度均相应降低。     

重型车用柴油机燃烧与排放特性分析

针对某重型车用柴油机的燃烧特性与污染物排放特点,通过台架试验方法测试了不同转速和不同负荷下重型车用柴油机的燃烧特性、主要污染物PM与NO_x排放。结果表明:对该重型车用柴油机,在外特性高转速工况下,滞燃期增长,缸内燃烧过程中扩散燃烧所占比重增加;在柴油机常用转速1 400 r/min情况下,随着柴油机负荷增加,滞燃期逐渐缩短,燃烧持续期呈先缩短后增加的趋势,扩散燃烧所占比重增加。在外特性低转速工况,柴油机缸内的滞燃期较长,燃烧温度高,碳烟和NO_x排放均较高;在高负荷工况,由于供油量加大,燃烧持续期变长、燃烧温度高,碳烟和NO_x排放也比较高。     

压缩比对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响

在一台CY25TQ型柴油机上,对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧模式下压缩比对发动机燃烧和排放特性的影响进行了研究。研究结果表明:在预混合引燃燃烧方式中,将压缩比从16. 9降到15. 4过程中,燃烧始点最大推迟到上止点前0. 6°CA,爆发压力和最大压力升高率降幅分别达到44. 5%、37. 7%;瞬时放热率峰值最大增幅达54. 4%; HC和CO排放有上升的趋势,NOx和碳烟排放大幅度降低,碳烟最大降幅为50%。     

掺混PODE对增压中冷柴油机燃烧和排放性能的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油发动机台架上,燃用纯柴油以及柴油中分别掺混10%、20%、30%(体积比)聚甲氧基二甲醚(PODE)的混合燃料,研究了PODE对柴油发动机燃烧排放特性以及燃油经济性的影响.结果表明PODE的掺混显著影响发动机的燃烧特性:除低速大负荷工况外,PODE的掺入明显降低了预喷放热率,改善了主喷燃料的雾化性能,加大了主喷前缸内的活化成分比例,提升了主喷期间压力升高率和燃烧放热率,提高了缸内燃烧温度,缩短了燃烧持续期.在研究范围内,PODE掺混比越大,缸内燃烧最高温度越高,主喷燃料燃烧速度越快,燃烧持续期越短.排放研究结果表明,随着PODE的掺入,发动机的NO_x排放明显上升,HC排放略有下降,CO排放变化不大.PODE的掺入能明显改善发动机的燃油经济性.     

DOC对柴油机排放特性影响的研究

在柴油发动机台架上,通过HT350动态测功机、AM4000等仪器测量了柴油机氧化催化转换器(DOC)前后2个固定转速5个工况点的排放特性,分析了DOC对HC,CO,NOx,PM等影响,并用DRI碳分析仪分析了PM的碳质组分.结果表明,DOC能大幅降低HC,CO的排放,DOC前后NOx总量变化不大;DOC对颗粒物数量浓度降幅为25%～40%,其中核膜态降幅为16%～36%;随负荷增加DOC对颗粒物总数量浓度、核模态数量浓度降幅逐渐减小,积聚模态降幅逐渐增加;DOC通过降低HC促进SOF氧化从而达到催化氧化有机碳OC,OC对占PM总降幅贡献率在67%以上,EC最高仅为9%.     

进气富氧对直喷柴油机微粒排放粒径分布的影响

在一台增压中冷四冲程柴油机上进行进气富氧燃烧台架实验,用氧气流量阀和氧传感器控制进气氧浓度,用DMS500粒径分析仪检测排气粒径分布特性,研究进气富氧燃烧对柴油机排气微粒特性的影响.在稳态工况下,研究了进气氧体积分数分别为21%、22%、23%和24%时柴油机微粒排放质量浓度粒径分布、数量浓度粒径分布、几何平均直径、表面积浓度和体积浓度分布.实验结果表明:在固定工况下,随着进气氧浓度增加,积聚态微粒数量和质量浓度峰值明显降低,核态微粒数量浓度逐渐增加;微粒几何平均直径减小,小粒径微粒数量增多;微粒表面积浓度和体积浓度也随之降低.     

进气方式对回热型微燃烧器燃烧特性的影响

设计了具有“C”型燃烧室结构的回热型微燃烧器，进行了不同进气方式下的微燃烧实验研究．发现分别进气时燃烧运行界限明显高于预混进气时的运行界限，过量空气系数最高达到7.8．微燃烧器的燃烧效率均较高，预混进气时燃烧效率可达到1，但分别进气时则不能实现完全燃烧．实验发现，分别进气时燃烧器的壁面温度、热损失和出口尾气温度在过量空气系数为1.5左右达到最高，而预混进气时过量空气系数为1时达到最高，且出口尾气温度明显高于非回热型微燃烧器．分析表明，不同的进气方式导致不同的气体混合程度，从而影响了微燃烧器的燃烧性能．由于采用特殊的“C”型燃烧室结构和回热夹层，延长了反应气体在微燃烧室内的停留时间，提高了反应气体的热焓和燃烧反应速度，从而提高了微燃烧效率和出口尾气温度．实验结果为微燃烧/透平发动机的设计提供了科学依据．     

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.     

进气道喷水量对GDI汽油机燃烧和排放特性的影响

基于一台涡轮增压4缸汽油机,全面系统地探究了进气道喷水量对发动机燃烧特性、燃油经济性以及排放特性的影响规律.试验选取发动机3个常用转速(2 000 r/min、2 800 r/min和3 200 r/min)以及具有代表性的中等负荷(50%),水油质量比μ的选取范围为0～40%.结果表明:随着μ的增加,水的大比热容和高温分解带来的吸热作用的增强,使得缸内平均压力曲线上升趋势变平缓,缸内最高压力和tα显著降低;滞燃期先基本不变而后延长,CA50和θT先基本不变而后推迟,燃烧持续期逐步缩短.与μ=0相比,μ=40%时,在2 000 r/min、2 800 r/min、3 200 r/min下,缸内最高压力分别下降约0.72 MPa、0.64 MPa、0.94 MPa,tα分别降低30℃、68℃、47℃,CA50分别滞后3.3°CA、3.1°CA、4.4°CA.燃油消耗率(BSFC)呈现先略有减少而后较明显增加的趋势,μ=10%是转折点,可降低BSFC约1 g/(kW·h),而μ=40%时将增加BSFC约3 g/(kW·h).进气道喷水后减少了局部高温和局部过浓区域,有助于明显降低GDI汽油...     

变海拔工况下装甲车辆柴油机燃烧特性

针对高原地区装甲车辆柴油机燃烧恶化、故障率高的问题,本文从机械负荷和热负荷两方面入手,研究了不同海拔、不同转速、不同负荷条件下,柴油机燃烧特性以及循环波动规律,分析了故障出现的原因并提出解决措施。结果表明：低速中等负荷工况下,循环波动率较大,燃烧稳定性较差;高速全负荷工况下,循环波动率小。高原环境能够加剧柴油机燃烧恶化程度,稳定性变差,易出现拉缸烧蚀等问题。     

压缩比对双燃料发动机燃烧和排放特性影响的研究

在一台CY25TQ型柴油机上,对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧模式下压缩比对发动机燃烧和排放特性的影响进行了研究。研究结果表明：在预混合引燃燃烧方式中,将压缩比从16.9降到15.4过程中,燃烧始点最大推迟到上止点前0.6°CA,爆发压力和最大压力升高率降幅分别达到44.5%、37.7%,瞬时放热率峰值最大增幅达54.4%;HC和CO排放有上升的趋势,NOX 和碳烟排放大幅度降低,碳烟最大降幅为50%。     

柴油机燃烧颗粒物的生成机理与排放特性研究

为了实现柴油机的清洁燃烧,有必要对柴油机燃烧颗粒物的生成机理和排放特性进行系统的研究。通过尾气排放检测仪测量,分析柴油机燃烧生成颗粒物的组分及其生成机理;通过台架试验,分析不同负荷下颗粒物的质量特性和粒径分布,对颗粒物在纯氮气和纯氧气下进行热重分析,得出如下结论:柴油机颗粒物的排放量和颗粒数量峰值对应的粒径均与负荷有关,均随负荷的增加呈先降低后升高的趋势;颗粒的挥发性与氧化性则与颗粒的粒径大小相关。