过量空气系数对氢内燃机冷起动燃烧及排放的影响

本文在一台1.6 L四缸进气道燃料喷射氢内燃机上,通过自主开发电子控制单元逐步调节氢气的喷射脉宽,试验研究了过量空气系数(λ)对氢内燃机冷起动燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:当λ由1.54逐渐减小至0.72时,氢内燃机冷起动前6 s内,起动转速峰值逐渐升高,成功起动时间由2.4 s逐渐缩短至1.9 s,起动时间缩短了20.8%;相同循环数下,火焰发展期(θ_(0-10))和快速燃烧持续期(θ_(10-90))随λ的减小呈现逐渐缩短的变化趋势;NO_x排放呈现先小幅上升,而后逐渐降低的变化规律,冷起动前6 s内NO_x平均排放降低约84.4%,且在λ=1.41时NO_x排放峰值及平均排放均最高.此外,由于部分润滑油进入缸内参与燃烧而导致排放中会出现HC及CO污染物,且随λ的减小,HC及CO排放逐渐增加。     

HCCI工况下氨氢混合物燃烧的直接数值模拟

本文利用直接数值模拟方法对均质压燃(HCCI, Homogeneous Charge Compression Ignition)工况下氨氢混合物的着火和燃烧特性进行了研究。结果表明,着火首先从局部孤立区域处发生,随后发展到整个计算区域;最高燃烧温度和热释率随着掺氢比的增加而增加;通过与零维计算结果对比,发现湍流和热分层使得氨氢混合物着火提前。利用直接数值模拟数据计算了反应锋面的位移速度,并据此分析了自着火和火焰传播这两种燃烧模式。发现在低掺氢比的情况下,燃烧模式以自着火为主;而在高掺氢比的情况下,燃烧模式以火焰传播为主。     

柴油掺混正丁醇对火焰发展及光谱的影响

正丁醇是一种很有前景的柴油替代燃料,针对缸内火焰发展和燃烧中间产物的自发光光谱开展研究,有助于深入理解柴油掺混正丁醇混合燃料对柴油机燃烧过程的影响规律。因此,在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究纯柴油与柴油掺混不同比例正丁醇后对发动机缸内火焰发展和自发光光谱的影响。试验过程中,光学发动机转速为1 200 r·min~(-1),喷油压力为600 bar,进气加热到398 K,使上止点附近达到约900 K温度。纯柴油、柴油掺混20%正丁醇燃料和柴油掺混40%正丁醇燃料分别用D100, DB20和DB40表示,三种燃料在每个着火循环喷入的油量分别为17.5, 18.7和19.2 mg,从而保证发动机输出功相同。试验结果表明:冷却水温不变时,喷油时刻推迟,滞燃期缩短,初始火核形成时刻推迟,蓝色预混火焰比例减小;喷油时刻不变时,提高冷却水温度,滞燃期缩短,初始火核形成时刻提前,蓝色预混火焰比例减小。随着正丁醇掺混比例增加,呈现局部混合气率先着火的特征且着火时刻推迟,蓝色预混火焰比例增加,火焰亮度降低,火焰亮度从大到小依次为:D100DB20DB40。D100燃料随喷油推迟,整体光谱的峰值向长波方向移动,碳烟辐射增强, OH谱带的光强峰值先增大后减小, OH和CH_2O谱带出现的时刻推迟,表明高温和低温反应时刻推迟;喷油时刻不变时,提高冷却水温,整体光谱的光强增加, OH和CH_2O谱带的出现时刻提前,表明高温和低温反应时刻提前。掺混正丁醇后的DB40燃料随喷油推迟,光谱的整体光强增加, OH和CH_2O谱带的光强峰值提高,表明推迟喷油对DB40燃料也是有助于促进高温和低温反应。DB40燃料光谱的整体光强低于D100燃料,其OH和CH_2O的谱带出现的时刻迟于D100燃料,表明掺混正丁醇后燃料的高温和低温反应时刻都相对D100燃料推迟。SOI-15、冷却水温95℃工况下, D100燃料的谱线经过2℃A就呈现出了类似碳烟黑体辐射谱的特征,而DB40燃料先呈现出CO氧化连续谱的特征,经过15℃A才呈现碳烟黑体辐射谱的特征。     

EGR对高压共轨柴油机燃烧过程影响的可视化研究

以某高压共轨柴油机为样机,结合AVL 513D可视化研究系统,搭建柴油机缸内工作过程可视化研究平台,进行EGR对高压共轨柴油机燃烧过程影响的可视化研究。研究表明:通过所搭建的柴油机缸内工作过程可视化平台可以直观地分析柴油机缸内燃烧过程,为合理组织缸内燃烧过程提供依据。小负荷条件下,EGR率的增加(≤30%)可以有效地缩短着火延迟期,缸内氧浓度不断降低,燃烧火焰平均温度下降,高温强辐射区域的比例也减小,导致柴油机缸内燃烧持续期延长,缸内火焰熄灭的时刻推后。     

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...     

丙烷-氢气-空气预混层流燃烧特性研究

利用高速纹影摄像法和球型发展火焰研究了常温常压下丙烷-氢气-空气预混层流燃烧特性,获得了不同氢气体积分数和当量比下混合气的层流燃烧速率、Markstein数、Zeldovich数和Lewis数.结果表明:随着氢气比例的提高,层流燃烧速率增加,火焰厚度降低;当氢气体积分数小于60%时,随着当量比的增加,Markstein数降低,当氢气体积分数大于60%时,随着当量比的增加,Markstein数增加.当量比小于1.2时,随着氢气比例增加,Markstein数降低.当量比大于1.2时,随着氢气比例增加,Markstein数增加.随着氢气比例的增加,Zeldovich数降低,全局Lewis数降低.     

基于废气管理的汽油机缸内温度不均匀分布对自燃着火的影响

基于废气-负荷控制策略的汽油机HCCI燃烧,利用排气门管理内部残余废气率,控制发动机负荷,进气门升程和相位调节缸内状态,控制着火和优化燃烧相位。本文利用KIVA对全可变气门机构单缸机进行CFD仿真,研究缸内温度、残余废气分布特征,以及温度、废气不均匀分布对着火的影响。结果表明,采用废气-负荷控制策略,改变进气门相位和升程可以调节缸内温度和残余废气的不均匀分布。随着内部残余废气率增大,进气门对缸内温度和废气率分布不均匀度的调控能力增强。大废气率条件下,温度和废气率不均匀度对着火时刻调节作用较明显,可以实现10°曲轴转角的有效调节;小废气率条件下,由于缸内温度和废气不均匀分布差别较小,其对于着火时刻的调节作用表现得不明显。     

改质缸当量比对缸内热化学燃烧模式稀燃天然气发动机燃烧性能的影响

本文基于一台PFI增压稀燃点燃式天然气发动机,在其第四缸进气歧管处加装甲醇液体燃料喷嘴用以加浓第四缸(改质缸),发生缸内热化学燃料改质(TFR,Thermochemical fuel reforming)反应,再将改质缸排气直接引入发动机进气总管,以实现稀燃天然气发动机性能优化。本文研究了改质缸当量比(ΦTFR)对缸内热化学燃料改质过程的影响及对整机燃烧和性能的影响。研究结果表明:随着ΦTFR的增加,改质过程产生的H_2和CO含量显著增加,发动机缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值增加,缸内燃烧温度增加,放热相位提前,火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机工作稳定性增强,同时燃料消耗率降低,有效热效率增加,并且随着Φ_(TFR)的增大,H_2和CO增多,拓宽了TFR稀燃天然气发动机的稀燃极限,有效降低燃烧温度,使得具有降低NO_x排放的潜力。     

超临界环境条件对碳氢燃料液滴燃烧特性的影响

利用开发的液滴燃烧模型,研究了环境压力、温度以及液滴初始温度对液滴燃烧特性的影响。结果表明:在燃料的临界压力下液滴的燃烧寿命最短。随着环境压力的升高,着火延迟逐渐缩短,火焰半径逐渐减小,并且火焰温度在快速上升期的上升速度逐渐减慢。随着环境温度的升高,液滴寿命和着火延迟均逐渐变短,火焰半径逐渐增大。随着液滴初始温度的升高,液滴寿命和着火延迟均线性减小,液滴初始温度只会使液滴的燃烧过程整体提前或延后。     

天然气/柴油双燃料缸内直喷特性研究

为分析高压直喷(HPDI)模式下天然气/柴油双燃料射流特性,在高压定容燃烧弹中利用高速纹影法开展了天然气/柴油双燃料缸内直喷试验,探究了双燃料模式下天然气喷射压力、喷射脉宽及环境压力对天然气射流贯穿距和射流锥角的影响规律。结果表明：随着喷射压力的增大,天然气射流贯穿距增大,射流锥角减小;随着喷射脉宽的增大,天然气射流贯穿距和锥角增大;随着环境压力的增加,天然气射流贯穿距减小,射流锥角增大。在较小的喷射压力或较大的环境压力条件下,柴油射流阻碍天然气射流向前发展。当喷射压力为2 MPa时,5 ms时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小2.3 mm,降幅约为7.5%。当环境压力为0.9 MPa时,5 ms时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小1.8 mm,降幅约为4.4%。     

柴油/甲醇组合燃烧特性及道路试验研究

在一台单缸增压中冷试验发动机上,研究了高转速下柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式的缸内燃烧特性,结果表明DMCC模式具有预混燃烧比例成倍增加,燃烧持续时间大大缩短的特点;另外,DMCC模式的放热中心时刻提前,排气温度降低,热效率相比纯柴油模式得到大比例提高。在一辆重型卡车上进行了DMCC模式的道路试验,发现DMCC模式甲醇对柴油的替代率达到了28.28%,替换比仅为1.36,百公里平均燃料效率提高了11.15%。     

CO2缸内喷射对柴油准HCCI燃烧排放特性的影响

用开发的气体喷射系统,研究了缸内喷射CO2对两段喷油实现的准均质压燃(HCCI)燃烧排放的影响.结果表明:通过调节CO2的喷射始点和喷射量,可以有效控制NOx排放.随着缸内CO2喷射始点的提前,燃烧相位推迟,NOx排放降低.在缸内喷射始点为-150℃A ATDC时,随着CO2循环喷射量的增大,缸内最高平均温度降低,燃烧相位推迟,最大压力升高率和指示热效率变化不大,而出于滞燃期的增大,放热率峰值反而比原机略高;NOx排放减小,HC和CO排放增大,烟度变化比较小.     

基于快速压缩机的二甲醚掺氢着火延迟特性研究

在温度范围650~830 K,上止点压力1.94~2.45 MPa,当量比0.83~1.25,氮气稀释率89.74%实验条件下,本文利用快速压缩机(RCM)研究了掺氢比、当量比和上止点压力对DME/H_2/O_2/N_2混合气着火延迟期的影响。利用CHEMKIN-PRO软件在更宽广温度范围内对混合气着火延迟进行了同等条件下的模拟计算。结果表明:随着掺氢比的增加,DME/H_2/O_2/N_2混合气第一阶段着火延迟期变化不大,总着火延迟期延长;随着当量比及上止点压力的增加,混合气第一阶段着火延迟期变化不大,总着火延迟期逐渐缩短。     

乙醇柴油混合燃料碳烟特性可视化研究

在一台电控共轨光学发动机上,采用高速摄影法,对不同掺混比例的乙醇柴油混合燃料进行研究,获取了缸内燃烧火焰图像,通过双色法得到表征碳烟总体分布的KL因子,分析了乙醇这种含氧生物质燃料对缸内燃烧过程和碳烟生成特性的影响。研究结果表明,随着乙醇掺入比例的增加,滞燃期相对延长,燃烧持续期缩短,火焰的亮度和分布面积都随之下降。KL因子的最高浓度降低,碳烟浓区的分布区域减小,碳烟的氧化进程加快。     

燃用天然气合成油增压柴油机特性研究

在一台增压中冷柴油机上分别燃用常规柴油与代用燃料天然气合成油(GTL),供油提前角分别设为上止点前9°和12°CA,对比研究了燃用这两种燃料的柴油机动力性、经济性、燃烧和排放特性.与柴油相比,燃用GTL的柴油机有效功率和转矩不变,有效燃油油耗率降低,有效热效率相当;GTL的最高燃烧压力和放热率峰值均略低,GTL的着火时刻、缸压和放热率峰值出现时刻均略晚,燃烧持续期略长;与柴油相比,在试验工况下GTL平均降低了16.6%HC、14.5%CO、15.7%碳烟和15.1%NOx排放.试验结果显示GTL是一种有潜力的低排放代用燃料.     

基于缸内直喷的汽油HCCI燃烧特性的研究

实现汽油机的均质混合气压燃(HCCI)的难点是精确地控制着火时刻、燃烧速率以及扩展高负荷运行范围.在缸内直喷汽油机(GDI)上试验研究了分层混合气和辅助火花点火对HCCI燃烧特性的影响,考察了对不同运行工况时的适应性.开展了负阀重叠与缸内多段喷油相结合控制HCCI着火稳定性的研究,考察了不同喷油控制策略对HCCI燃烧的影响,确定了HCCI运行工况范围.     

掺混PODE对汽油–柴油双燃料发动机燃烧及碳烟生成特性研究

本文针对清洁燃料替代传统燃料,在光学发动机上,利用高速成像技术结合双色法采集了柴油掺混聚甲氧基二甲醚(PODE)-汽油反应活性控制压燃模式下的缸内燃烧特性及碳烟生成过程。试验结果表明：相同预混比下随着PODE的掺混增加,缸内压力峰值、放热率峰值、压力升高率都随之降低,着火延迟期延长,燃烧持续期增加,燃烧相位后移,燃烧趋于平缓。在预混比为50%时,直喷P20D80及P50D50的单循环燃烧总放热量分别为直喷P0D100总放热量的97.89%和95.39%,单循环碳烟生成总量分别为直喷P0D100的55.22%和36.55%,碳烟高温区域分别减少了52.9%和73.32%,碳烟平均温度的稳定值分别降低了6.65 K和20.25 K,碳烟平均KL因子的稳定值分别降低了10.35%和16.12%。相较而言P50D50作为直喷燃料既能保证较高燃烧热效率,又能有效抑制碳烟的生成。     

柴油燃料HCCI燃烧影响因素的试验研究

本文采用在进气上止点附近进行柴油喷射,利用缸内高温残余废气促进燃油蒸发形成均质混合气,实现了柴油燃料的均质压燃(HCCI)。试验结果表明柴油燃料HCCI燃烧的放热规律呈现低温和高温放热两个阶段,并且NOx排放可以降低95%-98%。本文主要研究了影响HCCI燃烧的因素,指出负荷增大、进气温度增加和负气门重叠期的增加使HCCI着火提前,而外部EGR率的增大可以推迟着火。因此对于低温自燃性好的燃料,冷EGR是控制其HCCI着火燃烧过程的有效措施。     

氢气比例和点火能量对CH4-H2混合气体爆炸强度影响的实验研究

在20 L标准球形爆炸罐内开展了当量比为1的甲烷-氢气-空气混合气体爆炸实验,通过改变点火能量和氢气体积分数,探讨点火能量和气体比例对其爆炸压力和爆炸强度的影响。研究发现:氢气比例越高,爆炸冲击波传播速度越快,点火能对冲击波传播速度的影响相对较小;点火能量的提高对峰值超压有增强作用,氢气比例低时,此增强作用较显著,氢气比例高时,此增强作用较弱;点火能量对爆炸强度指数KG的影响较小,而氢气比例对爆炸强度指数KG的影响十分明显,氢气比例低于50%时,氢气比例的增加对爆炸强度的增强作用较弱,氢气比例高于50%时,氢气的增加对爆炸强度的激励作用急剧增强。另外发现,相同当量比条件下,氢气的爆炸强度指数近似为甲烷爆炸强度指数的10倍。     

二冲程气油机燃烧混合油时着火时刻的火焰光谱分析

二冲程汽油机排气污染严重，尤其是燃烧混合油，浓混合气时有害物排放量时。着火时刻火焰光谱分析表明，ＣＨ（４３１．５ｎｍ）及Ｃ２（５１６．５ｎｍ）自由基光强峰值比较强，尤其是ＣＮ（３８７ｎｍ）自由基光强峰值比较突出。根据Ｆｅｎｉｍｏｒｅ机理可以解释排气中ＮＯｘ的生成机理。这一点也为日本Ｎａｇａｓｅ的试验所验证。