甲醇裂解气对点燃式发动机性能影响研究

以一台点火式电控发动机为研究对象,采用废气余热制氢装置,研究了甲醇裂解气对点火式发动机性能的影响.研究表明:裂解气的稀燃范围十分宽泛,可实现稀薄燃烧;通过稀燃可使NOx排放较原汽油机降低90%,CO几乎接近零排放,而HC排放接近汽油.同时,稀燃也使裂解气发动机在保持原汽油机动力性的条件下,获得了较好的燃料经济性,容积替换比最小可以达到了1.48.该方法为实现甲醇高效清洁燃烧提供了切实可行的技术方案.     

四气门发动机可变涡流稀薄燃烧特性研究

本文研究了可变涡流对四气门发动机稀薄燃烧特性的影响情况。在稀薄燃烧情况下,发动机负荷大小对CO和HC排放的影响不大,对NOx排放的影响主要表现在对13～17空燃比范围内NOx排放的影响,负荷越大,NOx排放越大;对空燃比小于13或大于17以后的NOx排放影响较小。阀片位置对发动机排放特性的影响较小,对发动机的燃油经济性存在一定影响,这是因为不同阀片位置的进气涡流比不同所致,同时也表明较强的涡流运动对燃油经济性更有利。涡流运动在不同转速条件下对发动机燃油经济性的影响情况不同,它更有利于改善低速条件下的燃油经济性。     

进气加入CO2对直喷式柴油机燃烧的影响

在直喷式柴油机上研究了进气加入CO2气体对其燃烧特性以及发动机性能和排放品质的影响.研究结果表明,进气加入CO2,柴油机的混合气形成过程几乎不受CO2气体加入量的影响,主要反映在着火延迟期随着CO2加入量的增加而变长,燃烧持续期缩短,燃烧最高温度降低.同时导致柴油机的最大爆发压力和压力升高率降低,并且其出现的位置后移,充气效率下降,排气温度上升.加入CO2后,NOx排放有较大下降,HC、CO稍有增加,烟度受到的影响不大.     

混氢改善汽油机稀燃性能的试验研究

针对汽油机稀燃条件下循环变动大,燃料燃烧不充分的问题,本文在一台加装了电控氢气喷射系统的四缸汽油机上就混氢对改善汽油机稀燃条件下燃烧与排放性能的作用进行了试验研究。在发动机1400r/min,进气道绝对压力为61.5 kPa的条件下,就1%与3%两种进气混氢体积分数对稀燃汽油机燃烧与排放特性的影响进行了研究。试验结果表明,稀燃时发动机制动热效率随混氢分数增加而提高;滞燃期与速燃期随混氢分数增加而缩短;发动机稀燃极限所对应的过量空气系数由原机的1.45提高至混氢1%与3%时的1.55和1.96。混氢后发动机HC与CO排放降低,但NO_x排放有所升高。     

四气门汽油机分层EGR的试验研究

针对可以产生较强滚流运动的1.6 L四气门产品汽油机,设计了一套独特的分层废气再循环(EGR)装置。通过废气导入管将废气引到进气阀处,利用缸内气体滚流运动,实现废气与新鲜可燃混合气分层。在发动机台架上通过试验详细地研究该分层EGR装置对汽油机性能和燃烧的影响。试验结果表明,采用该装置后,相比于传统的EGR方式,EGR 率有所增加,在大量降低NOx排放同时,经济性有所改善, CO和HC排放有所降低,燃烧效率提高,但点火时刻应适当提前。     

理论空燃比SICI组合燃烧排放特性研究

均质混合气压燃(HCCI)燃烧受爆震和NO_x排放的限制,高负荷拓展是一个难题。本文提出利用理论空燃比SICI组合燃烧作为汽油机中高负荷运行区域的高效低污染燃烧模式。在试验台架上研究了理论空燃比SICI组合燃烧的排放特性及其对三效催化剂(TWC)转换性能的影响。研究发现,通过外部EGR与点火控制相结合,理论空燃比SICI组合燃烧可以在指示平均有效压力(IMEP)0.65～0.82MPa范围内稳定实现;与传统SI燃烧相比,理论空燃比SICI组合燃烧燃油经济性提高近10%,NO_x排放降低80%以上,但HC排放有所增加;SICI组合燃烧与传统SI燃烧类似,TWC空燃比特性的高效区间在理论空燃比附近,但对HC排放的催化能力提出了更高的要求。     

甲醇汽油、乙醇汽油定性判别及其醇含量测定模型研究

甲醇汽油和乙醇汽油都为清洁能源,但甲醇汽油和乙醇汽油的优缺点各有不同,其中甲醇、乙醇的含量决定了汽油性能的优劣,对甲醇汽油和乙醇汽油进行判别区分以及醇类汽油中醇含量进行定量测定非常重要。通过中红外光谱技术对醇类汽油的类型进行判别并对其含量进行定量分析。首先通过对比分析甲醇汽油和乙醇汽油的中红外光谱图,采用随机森林(random forest, RF)对甲醇汽油和乙醇汽油样品进行判别;在建立甲醇汽油和乙醇汽油样品定性判别模型之后,分别建立甲醇汽油和乙醇汽油的定量测定模型,从而精确测定汽油中对应的醇的含量。为减小在实验过程中实验仪器振动、噪声等原因导致的光谱漂移、光散射等现象,对中红外光谱进行预处理。首先采用不同预处理,如(savitzky-golay, S-G)卷积平滑、多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)、标准正态变量变换(standard normal variable transformation,SNV)、导数(derivatives)等方法进行校正,分别建立适合甲醇汽油和乙醇汽油的检测模型。预处理后的数据分别建立甲醇汽油、乙醇汽油的最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)模型。采用随机森林(random forest, RF)对甲醇汽油和乙醇汽油样品进行判别,发现当决策树个数为61时,判别正确率达到98.28%。对于LS-SVM模型,比较建模结果可知:无论是甲醇汽油还是乙醇汽油,标准正态变量变换(SNV)预处理效果最好,经SNV校正处理后建立的甲醇汽油甲醇含量测定LS-SVM模型的预测相关系数R_p为0.9519,均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP)为1.766 3;经过标准正态变量变换后建立的乙醇汽油乙醇含量测定LSSVM模型的预测相关系数R_p为0.951 5,均方根误差RMSEP为1.770 3。该研究可为甲醇汽油、乙醇汽油的定性判别和其含量测定提供技术参考和理论依据,为甲醇汽油产业提供测量醇类汽油检测的新方法,具有较为重要的现实意义,也为其他类型的化工产品的检测奠定了基础。     

乙醇与汽油的喷雾及蒸发特性研究

随着汽车发动机的发展,缸内直喷汽油机(GDI)逐渐成为关注和研究的重点。液体燃料喷雾的结构和蒸发与直喷汽油机内燃烧的稳定性、发动机效率以及尾气排放有着密切联系。本文通过纹影测试技术对乙醇和汽油的直喷喷雾的雾化和蒸发进行测试,研究结果表明环境温度、环境压力和喷射压力对喷雾贯穿距有着显著的影响,而燃油温度在低于燃油沸点时对喷雾贯穿距影响很小。因此可以通过控制环境温度和压力,以及燃油的喷射压力和温度对喷雾贯穿距进行优化.     

废气进口位置对汽油机性能和NOx排放影响的研究

为同时兼顾排放性、经济性和动力性,提高汽油机废气再循环率,提出改变EGR进气方式,将EGR废气通过管路直接通到进气门处的方案。在一台四气门汽油机上对进气门处单侧通废气与中央通废气的方式进行了对比试验。试验结果表明,与中央进气方式的EGR相比,单侧EGR进气方式在降低同样NOx的排放的情况下,具有更高的燃油经济性、动力性和EGR率。另外,单侧EGR不必降低EGR进气温度,即能获得较较好的发动机性能。     

含甲缩醛柴油喷雾和燃烧排放特性的试验研究

应用激光相位多普勒技术测量了含甲缩醛柴油喷雾的速度场和粒径场,在直喷式柴油机上研究了该含氧混合燃油的燃烧排放特性。结果表明,添加甲缩醛可改善柴油的雾化,增加喷雾轴线上的粒子速度,但减小喷雾锥角;同时以远大于其加入的比例降低柴油机排气烟度,但对氮氧化物的排放影响不大。柴油机采用甲缩醛作燃油添加剂时,需改造燃油系统。     

DMM燃料柴油机可控预混合燃烧的研究

本文介绍了在压燃式发动机上进行的预混合燃烧研究。在柴油机的进气道入口处安装了一个电控燃料喷射系统,喷入具有低十六烷值、低沸点的甲缩醛(DMM)燃料,在压缩冲程中形成均匀的混合气,并在上止点附近喷入少量柴油来点燃混合气。本文研究了预混合燃料比、发动机负荷、进气中CO2浓度和喷孔直径对发动机燃烧和排放的影响。试验结果表明,进气道喷射DMM的预混合燃烧能同时大幅降低NOx和碳烟排放,为降低柴油机有害排放提供了一种新途径。     

DMM及纳米颗粒添加剂对农用柴油机燃烧与排放性能的影响

本文通过在柴油中添加小比例二甲氧基甲烷(DMM)以及纳米氧化铝(Al2O3)颗粒研究一台小型农用柴油机的燃烧与排放特性。研究表明,随着柴油中DMM添加比例的增大,发动机燃烧特性参数如缸内压力、燃烧放热率及制动热效率得到明显地提升,着火延迟期以及CA50逐渐减小;排放方面HC和NOx增加,而CO和碳烟得到有效地抑制。燃油中同时添加DMM和纳米Al2O3颗粒后,发动机燃烧及排放方面得到了不同程度地优化。因此,将DMM与纳米颗粒的有机结合可为代用燃料在农用发动机中的推广应用提供新的思路。     

Combustion and emission modelling of a direct-injection spark-ignition engine by combining flamelet models for premixed and diffusion flames

The combustion and emission production processes of a DISI (direct-injection spark-ignition) engine were modelled by combining flamelet models for premixed and diffusion flames. A new surrogate fuel was proposed to approximate the complicated composition of real gasoline. In contrast to simpler conventional models, the fuel was modelled as a ternary mixture of three hydrocarbons: iso-octane, n-heptane and toluene. Turbulent flame propagation in a partially premixed field was modelled by a premixed flamelet model. The mass fractions of the detailed composition of species in burnt gas were predicted by a diffusion flamelet model. For the pollutant formation modelling, a two-step oxidation of CO and H₂ was used to simulate the secondary diffusion flame. The extended Zeldovich mechanism was used to model NOx formation, while a phenomenological model was used to model soot formation. This model was initially applied to a simple geometry to investigate the fundamentals of the model's behaviour, after which three-dimensional computational fluid dynamic (CFD) simulations were performed in a realistic engine geometry.     

发动机采用柴油／甲醇组合燃烧的性能研究

分别在增压和自然吸气式高速直喷柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式进行研究.试验结果表明,采用组合燃烧后发动机和纯柴油燃烧发动机相比,尾气中NOx和碳烟排放显著减少,消耗燃料的比能耗降低,组合燃烧用燃料的使用经济性优予原机;仅未燃碳氢和一氧化碳较原机有所增加,但是由于排气温度高于催化转换器起燃温度,可以通过催化转换器将其转化.     

正庚烷复合均质压燃的燃烧与排放特性研究

本文对参比燃料正庚烷(n-heptane)在一台单缸柴油机上进行了复合均质压燃试验,在缸内直喷正庚烷的同时使用电控燃油喷射系统控制进气道的正庚烷喷射量,以达到控制和改善HCCI着火和燃烧的目的.研究了常温常压下,不同预混合比例和不同负荷的正庚烷复合HCCI燃烧和排放特性.研究发现:在保持NOx排放较低的情况下(100×10-6),这种燃烧方式可以有效的拓宽HCCI的运行范围,大幅降低HC排放(平均降低1/3),同时对降低小负荷时的CO排放也有明显效果.     

进气中CO2浓度对预混合燃烧和排放影响的试验和模拟研究

本文研究了进气中CO2浓度对燃烧和排放特性的影响.研究表明在所有的预混合燃料比下,当CO2浓度增加时,NOx排放随之大幅减少,烟度排放有小的变化。利用KIVA3V和湍流与化学反应交互的燃烧模型对柴油机预混合燃烧进行了模拟研究,对缸内OH浓度的模拟计算表明,随着CO2浓度的增加,着火前期OH生成浓度明显向后推移,这表明燃料的氧化速率随CO2浓度的增加变慢,从而延长了着火滞燃期。进气中CO2浓度变大时,燃烧温度降低,有利于降低NOx的排放。