不同喷油提前角下双燃料发动机的燃烧特性和稳定特性

针对天然气、柴油双燃料发动机,研究了不同引燃油提前角下双燃料发动机的燃烧和循环变动特性。结果表明:给定引燃油量,喷油提前角提前,缸内最大压力增大,缸内最大压力出现时刻提前;双燃料发动机的放热率特性曲线存在2个波峰,喷油提前角提前有助于引燃柴油完全燃烧,使得引燃能量更大,整体混合气燃烧更充分,放热持续时间缩短,放热速度加快;随着喷油提前角的提前,缸内最大压力和最大压升率显著增大,缸内最大压力的循环变动的变化不明显,最大压升率的循环变动的变化显著;缸内最大压力和平均指示压力与缸内最大压力对应的曲轴转角密切相关且随喷油提前角的提前向上止点移动,缸内最大压升率与其对应曲轴转角的相关性随着喷油提前角的提前而削弱;随着喷油提前角的提前,最大压力和平均指示压力的循环变动系数减小,喷油提前角为20°时最大压力循环变动系数最大,为5.4%,给定喷油提前角下平均指示压力的循环变动系数均小于4%。     

LNG发动机低速工况下瞬态燃烧过程试验研究

对一台增压、液化天然气(LNG)发动机低速工况下的瞬态过程进行连续检测,将实测的瞬态缸压曲线进行二次处理,得出表征缸内燃烧过程的特征参数,在此基础上剖析了诸多瞬态燃烧特征参数的内在联系以及对LNG发动机性能的影响.结果表明,50%燃烧点位置随循环数变动范围约为5 oCA,其波动主要是由燃烧始点的变化引起的,50%燃烧点和燃烧始点的峰值(或谷值)相互对应;50%燃烧点的峰值对应着最高压力升高率和最高爆发压力的谷值,反之则相反.10%~90%燃烧持续期的变化范围为30~45 oCA,它随循环数上升是导致LNG发动机IMEP和NMEP下降的主要原因之一.燃烧特征参数的波动,主要归咎于燃烧始点的不稳定.实现对燃烧始点的精准控制,是保证LNG发动机在低速高增压瞬态过程具有较好工作稳定性的前提.     

柴油-天然气RCCI发动机燃烧过程数值模拟

在Z6170双燃料发动机的基础上,采用CONVERGE软件建立柴油-天然气反应活性控制压燃(RCCI)发动机数值计算模型,分析第一次喷油始点、第二次喷油始点及低活性燃料比例对RCCI发动机燃烧过程的影响规律;将过氧化氢烷(QOOH)与羟基(OH)分别作为缸内低温着火标志物与高温着火标志物,分析缸内可燃混合物着火-燃烧过程.结果表明,随着喷油始点滞后,正庚烷浓度梯度提升,高温着火始点随之提前.仅当第二次喷油始点由705°CA上止点后(ATDC)滞后至710°CA ATDC,喷射的燃油在缸内被直接压燃,着火时刻推迟,高温着火始点滞后1.10°CA.随着低活性燃料比例的提升,低温着火时刻与高温着火时刻均显著推迟.此时,随着喷射燃油量减少,缸内预混当量提升幅度较弱,导致缸内燃烧速率减小,放热率峰值降低.     

附加升程曲线对柴油机进气状态的影响

以自主研发的DK4A型柴油机可变气门系统为研究对象,利用数值模拟与试验相结合的方式,系统化研究附加升程峰值与原机气门升程峰值间隔角、附加升程高度和附加升程持续角对进气状态参数的影响.结果表明:峰值间隔角存在一个临界值,当峰值间隔角小于临界值时,峰值间隔角不影响发动机缸内气体状态参数;当峰值间隔角大于临界值时,进气门关闭角随着峰值间隔角的增大而延迟,进气总管气体质量流量越小,压缩上止点气体温度和压力越低;在附加升程高度不影响进气门关闭角的情况下,附加升程高度的增加能放大发动机缸内气体状态参数的变化率;当附加升程持续角影响进气门关闭角时,附加升程持续角越大进气门关闭角越延迟,发动机进气流量、压缩上止点温度和压力也随着附加升程持续角的增大而减小.     

后喷对轻型柴油机燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型柴油机为样机,研究了常用转速1600r.min -1、小负荷率工况下,后喷对柴油机NOx和soot排放特性、燃烧过程及油耗的影响规律.结果表明:后喷会使缸内温度在主燃烧末期再次提升;随着后喷油量增加,主燃烧段缸内压力、最高燃烧温度、平均燃烧温度及主燃烧放热率峰值逐渐降低;随着喷间隔角增加,主燃烧段缸内压力及烧放热率峰值略微上升,但缸内平均温度降低.在小负荷率工况,后喷可以同时有效降低NOx和soot排放,随着后喷油量增加,NOx和soot排放逐渐减少;随着后喷间隔角的增加NOx排放不断减少,soot排放呈现先减小后增加趋势;后喷会增加柴油机的燃油消耗,且随着后喷油量和后喷间隔角的增加,燃油消耗不断上升.     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

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.     

纯甲醇发动机均质压燃燃烧特性模拟

以甲醇为燃料,模拟研究了进气温度、过量空气系数、压缩比、EGR率等参数对均质充量压燃(HCCI)发动机燃烧特性的影响,同时确定了HCCI可行的工作范围.采用单区燃烧模型和详细化学反应动力学机理通过CHEMKIN软件模拟了甲醇发动机的燃烧特性.计算结果表明:随着进气温度和压缩比的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均升高;过量空气系数对燃烧始点影响很小,对燃烧持续期有一定影响;随着EGR率的增加,着火时刻推迟,燃烧持续期增加,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均降低.发动机转速为1 500 r/min,不使用EGR、过量空气系数为5～9时,可以实现HCCI燃烧,随着EGR率的增加,HCCI燃烧区范围变窄.     

特种车辆煤油代用燃料喷雾与燃烧特性研究

利用定容喷雾弹和单缸机柴油机对煤油燃料的喷雾特性和燃烧特性开展对比试验研究,分析燃用煤油燃料对发动机动力性及经济性的影响.结果表明:与柴油相比,煤油燃料喷雾锥角增大、贯穿距减小.在标定不变的前提下,柴油机燃用航空煤油缸内放热率曲线与燃用柴油相比变化不大,最大压升率及排温略有降低.燃用灯用煤油相比柴油放热始点推迟,在标定工况预混合放热缓慢,在最大扭矩工况下预混合放热剧烈,最大压升率相比燃用柴油增加0.04 MPa·℃A-1,发动机排温降低.柴油机燃用煤油燃料的功率降幅在6.7%以内,油耗率有所降低.     

加氢催化生物柴油引燃汽油可视化

为了改善内燃机燃烧与排放,探究双燃料反应活性控制压燃燃烧规律,分析缸内直喷喷油策略对发动机燃烧特性的影响,采用光学发动机,针对进气道喷射汽油、缸内直喷加氢催化生物柴油的双燃料燃烧模式,通过调节加氢催化生物柴油的喷油时刻和喷油比例,对发动机燃烧过程进行试验分析。结果表明：随着缸内直喷加氢催化生物柴油比例的增加,循环燃烧压力峰值和放热率峰值增大,燃烧相位提前,放热滞燃期与化学发光滞燃期均缩短;当喷油时刻靠近上止点时,缸内燃烧压力与放热率呈现先增后减的趋势,在喷油时刻为上止点前20°时缸内燃烧效果最好。     

汽油在O2/CO2氛围下燃烧特性试验

基于定容燃烧可视化光学平台,模拟缸内直喷(GDI)汽油机缸内燃烧环境,研究汽油在O2/CO2氛围和空气氛围下均质燃烧特性以及火焰传播特性,研究结果表明当循环喷油量一定时,相比于空气氛围,汽油在氧气浓度为40%的O2/CO2氛围下燃烧的压力升高率提高了1.8倍,着火落后期和明显燃烧期缩短近50%,放热率的峰值增大了近1倍,且峰值相位提前。过量空气系数对汽油在O2/CO2氛围下燃烧的影响较大,化学当量比时放热率的峰值达到最大,随着过量空气系数增大,最大燃烧压力增大,最大压力升高率下降,放热率的峰值下降,且峰值相位后移,反应速率下降,明显燃烧期增大,且火焰传播速度明显下降。     

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置，采用柴油引燃甲醇方式，开展了引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性影响的研究．结果表明：在相同的平均有效压力和转速下，随着引燃油量的减少，双燃料燃烧的滞燃期延长，主燃期缩短，缸内气体最高爆发压力和最大压力升高率在高负荷时增加，放热率曲线第1峰值增大，第2峰值减小，表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少；高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近，燃烧等容度提高，燃油经济性改善；提高转速和增大供油提前角，最大放热率和最大压力均增加．     

供油提前角对甲醇发动机燃烧过程及排放的影响

通过电热塞助燃法,在ZS1115单缸柴油机上实现了M100纯甲醇的扩散燃烧,充分利用柴油机热效率高的优点,有效提高了甲醇燃料的能量转化效率。通过改变供油提前角,研究了不同供油提前角对甲醇发动机燃烧过程及排放的影响。研究表明:随着供油提前角的增大,最大爆发压力和压力升高率增大,燃烧放热始点提前,放热峰值增大,且出现相位提前。供油提前角的变化对CO排放影响不大,对HC及NOx排放影响明显。增大供油提前角,HC排放增多而NOx排放减少。     

汽油在O_2/CO_2氛围下燃烧特性的试验研究

基于定容燃烧可视化光学平台,模拟缸内直喷(GDI)汽油机缸内燃烧环境,研究汽油在O_2/CO_2氛围和空气氛围下均质燃烧特性以及火焰传播特性。研究结果表明当循环喷油量一定时,相比于空气氛围,汽油在氧气浓度为40%的O_2/CO_2氛围下燃烧的压力升高率提高了1.8倍,着火落后期和明显燃烧期缩短近50%,放热率的峰值增大了近1倍;且峰值相位提前。过量空气系数对汽油在O_2/CO_2氛围下燃烧的影响较大,化学当量比时放热率的峰值达到最大。随着过量空气系数增大,最大燃烧压力增大,最大压力升高率下降,放热率的峰值下降,且峰值相位后移,反应速率下降,明显燃烧期增大,且火焰传播速度明显下降。     

移动窗口域的VDO爆震燃烧识别扩展算法

Siemens VDO爆震识别算法广泛应用于汽油机爆震燃烧诊断,但对于发生在缸压峰值前的爆震循环,其在缸压下降沿确定爆震计算窗口的思想在一定程度上影响了爆震识别及评价的准确性。在VDO算法基础上提出了一种基于移动窗口域爆震识别算法,引入爆震窗口和参考窗口高频累积能量最大差值,利用在指定K区域内移动的参考窗口和爆震窗口,准确识别出爆震计算始点,使爆震窗口包含更多爆震能量,并用此时的爆震窗口和参考窗口累积能量之比作为爆震因子。结果表明:移动窗口域算法的爆震计算始点比VDO算法爆震计算始点提前,呈现更多的爆震能量信息,能弥补对发生在缸压峰值前的爆震事件的漏判。     

纯氧氛围下正庚烷均质压燃燃烧特性

基于一台双缸柴油机，结合自行设计开发的纯氧进气系统进行试验，研究了不同进气氧体积分数对正庚烷均质压燃燃烧过程及稳定性的影响。试验结果表明，随着混合气中氧体积分数降低，二氧化碳体积分数增加，缸内平均比热容不断增大，使得缸内最高燃烧温度降低，其对应的峰值相位推迟，燃烧始点推迟，放热率峰值下降，热效率降低；同时发现随着二氧化碳体积分数的增加，缸内温度会随之降低，使得燃烧循环不稳定性增强。以上现象均表明较高的二氧化碳体积分数能够有效抑制纯氧氛围下正庚烷均质压燃。此外，试验发现了纯氧氛围下正庚烷均质压燃负温度系数区间持续时间大幅缩短现象。     

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．     

点火能量对天然气空气预混合气层流燃烧的影响

通过改变点火线圈的充电时间,研究了充电时间与天然气空气预混合气点火能量、预混层流燃烧速度及压力和放热率等燃烧特性参数之间的关系.结果表明:点火能量随充电时间的增加而增大,当充电时间增加到6 ms时,点火能量的增加趋势减缓;点火能量能会影响火核的形成和初期火焰的发展,当火核半径发展到8mm时,火焰传播速度不受影响;压力峰值随点火能量的增加逐渐增大且峰值位置提前,当充电时间由2 ms增加到8 ms时,最大压力峰值增加了3.8％,峰值提前8.6 ms出现,火焰发展期和快速燃烧期分别缩短了5.2 ms和1.7ms.     

单活塞式液压自由活塞柴油机冷启动过程研究

基于所研制的单活塞式液压自由活塞柴油机原理样机,对冷启动过程中的循环波动进行了试验研究.研究结果表明,约150循环后发动机完成冷启动过程,进入稳定工作状态.冷启动过程中,随着工作循环数的不断增加,下止点位置、反弹量和停留位置的波动逐渐减小;气缸内最大燃烧压力值逐渐减小;压升率极值波动较大并大于临界值.稳定运转后,最大压升率波动减小并趋于稳定;燃烧放热率峰值随工作循环数的增加有所降低,速燃期持续时间没有明显变化;缓燃期和后燃期持续时间逐渐增加;燃烧过程逐渐趋于稳定.