压缩比对缸内热化学燃料改质发动机的影响

本文基于一台四缸点燃式涡轮增压天然气发动机,在第四缸进行加浓燃烧并将其排气(重整气)直接引入进气总管,以实现缸内热化学燃料改质。在此基础上开展了11和13压缩比下的缸内热化学燃料改质过程和整机燃烧与排放特性的研究。研究发现,压缩比增加,第四缸循环变动降低,重整气中CH4含量减少而H2和CO含量增加,缸内热化学燃料改质过程得到优化。同时,提高压缩比会使有效燃气消耗率降低,缸内最高燃烧压力增加,滞燃期和燃烧持续期缩短,整机稳定性增强。然而压缩比的增加引起THC排放增加。高压缩比下CO排放在小负荷时较低,在大负荷时较高。而NOx排放在第四缸当量比较低时随压缩比增加而增加,但在第四缸当量比较高时随压缩比增加而降低。     

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。     

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。     

多元燃料顺序燃烧多阶段放热的试验和模拟研究

在高十六烷值燃料中加入高辛烷值燃料是控制均质混合气压缩着火(HCCI)燃烧的一种有效策略。本文利用快速压缩机模拟发动机HCCI燃烧过程,在正庚烷中分别添加异辛烷和乙醇,发现在部分稀燃条件下出现低温放热和高温两阶段放热的三阶段放热现象。进一步采用详细化学动力学模拟计算,结果表明乙醇对正庚烷燃烧起到抑制作用。高温第一阶段放热主要由CH_2O生成大量CO放热引起,高温第二阶段放热主要由生成燃烧最终产物CO_2和H_2O的反应引起。     

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。     

甲醇柴油比对二元燃料燃烧与排放特性的影响

在六缸电控单体泵增压中冷重型柴油机进气管上面布置电控甲醇喷嘴,采用柴油引燃甲醇均质混合气的二元燃料燃烧模式,开展了高甲醇柴油比的二元燃料燃烧特性与排放特性试验研究。研究结果表明;随着醇柴比的增加,二元燃料的滞燃期增加,放热率峰值、最大缸内压力和压力升高率峰值都变大;未燃HC和CO排放上升,NO_x排放则先下降后上升;烟度与颗粒物浓度排放都下降,低负荷下醇柴比为4.0时效果尤其显著;大负荷时二元燃料燃烧时热效率明显提高。     

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.     

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。     

掺氢比对天然气HCCI燃烧特性和排放的影响研究

利用CHEMKIN软件,对掺氢比例为10%、15%、20%和25%的天然气混合燃料对HCCI内燃机燃烧特性的影响进行模拟,并对其进行数据分析。结果表明:(1)氢气比例不同,可对天然气的燃烧速率产生影响;比例为10%时,对天然气的燃烧过程影响不明显,却显著提前了天然气燃烧时的着火时刻,但随着掺入氢气比例的增加,着火时刻提前的现象逐渐推迟。(2)随着掺氢比例的逐渐增加,缸内压力、缸内温度、中间产物CO的排放量的峰值均逐渐减小;累积气相反应放热量逐渐减小;掺氢热效率和气相反应净产热量在氢气的掺入比为10%～15%之间时达到峰值。(3)在尾气排放中,随着掺氢比例的增加,CO_2生成时刻提前,生成量未改变;NO含量的峰值和排放量随着掺氢的比例增加而增加。     

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。     

HCCI燃烧过程化学发光光谱研究

在一台经改装单缸光学发动机机上,进行不同喷油策略和进气温度条件下均质压燃(HCCI)燃烧化学发光光谱实验研究。实验保证循环供油量一定,燃用正庚烷作为燃料,转速600 r.min-1,进气压力0.1MPa,控制2个不同的进气温度:95和125℃。化学发光光谱研究结果表明,低温反应阶段化学发光很弱,主要源于甲醛光谱;低温反应后期-负温度系数区-高温反应初始阶段主要发光来源还是甲醛光谱;高温反应阶段发光主要来源于CO—O*连续谱,同时在CO—O*连续谱上出现OH,HCO,CH,HCHO谱峰;高温反应后期化学发光明显减弱。与-30°ATDC喷油相比,-300°ATDC喷油时CO—O*连续谱发光强度更大,HCO和OH生成量更多,燃烧反应进行程度更深。较高进气温度下CO—O*连续谱发光强度更大,HCO和OH生成量更多。     

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.     

燃料敏感性对内燃机部分预混燃烧(PPC)光谱特性的影响研究

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,研究了燃料敏感性(S)为0和6时对发动机缸内火焰发展和燃烧发光光谱的影响。试验过程中,通过改变喷油时刻 (SOI=-25,-15和-5°CA ATDC) 使燃烧模式从部分预混燃烧过渡到传统柴油燃烧模式。通过使用正庚烷、异辛烷、乙醇混合燃料来改变燃料敏感性。结果表明,在PPC模式下(-25°CA ATDC),火焰发展过程是从近壁面区域开始着火,而后向燃烧室中心发展,即存在类似火焰传播过程,同时在燃烧室下部未燃区域也形成新的着火自燃点。敏感性对燃烧相位影响较大,对缸内燃烧火焰发展历程影响较小;高敏感性燃料OH和CH带状光谱出现的时刻推迟,表明高敏感性燃料高温反应过程推迟,且光谱强度更低,表明碳烟辐射强度减弱。在PPC到CDC之间的过渡区域(-15°CA ATDC),燃烧火焰发光更亮,燃烧反应速率比-25°CA ATDC时刻的反应速率更快。高、低敏感性燃料对缸压放热率的影响规律与-25°CA ATDC相近,此时的燃烧反应更剧烈,放热率更高,碳烟出现时刻更早。该喷油时刻下的光谱强度高于PPC模式下的光谱强度,说明此时的CO氧化反应与碳烟辐射更强。在CDC模式下(-5°CA ATDC),由于使用的燃料活性较低,燃烧放热时刻过于推迟,放热量很小,缸内燃烧压力低,因此燃料敏感性对缸压和放热率的影响不明显,但从燃烧着火图像中可以看到高敏感性燃料的火焰出现时刻较低敏感性燃料推迟。低敏感性燃料的燃烧初期蓝色火焰首先出现在燃烧室中心,着火火焰出现时刻更早,之后蓝色火焰从中心向周围扩散,呈现火焰传播为主导的燃烧过程;燃烧后期,局部混合气过浓区导致亮黄色火焰面积逐渐增大并向周围扩散。高敏感性燃料的火焰发展趋势与低敏感性燃料类似,黄色火焰的亮度与面积更小。尽管高、低敏感性燃料的OH和CH带状光谱的出现时间相近,但高敏感性燃料的光谱强度仍更低。综合分析,火焰发展结构与自发光光谱特征主要受喷油时刻的影响,燃料的敏感性主要影响着火时刻和火焰自发光光谱强度,且高敏感性燃料的光谱强度更低。     

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%。     

中温太阳能驱动天然气钙钛矿化学链燃烧实验研究

提出一种天然气基钙钛矿型氧化物化学链燃烧中温太阳能燃料转化方法,利用近400℃太阳热驱动天然气基的LaCu_(0.1)Ni_(0.9)O_3化学链燃烧,将太阳能转化为高品位燃料化学能。新方法不仅能利用低焦比的槽式聚光吸收反应器,而且降低了太阳能天然气热化学互补反应热品位。采用热重实验,开展天然气基LaCu_(0.1)Ni_(0.9)O_3反应与再生性能研究。研究结果表明:天然气-LaCu_(0.1)Ni_(0.9)O_3化学链燃烧的还原温度为350℃,氧载体最大释氧量为22%,多次循环反应之后氧载体的晶格结构和表面形貌均没有发生明显的变化。本文为开展中温太阳能与天然气热化学互补利用提供了新途径。     

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.     

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。     

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.     

煤基复合燃料柴油机不同海拔燃烧与排放特性

基于柴油机高海拔燃烧与排放特性模拟试验台,开展了煤基复合燃料(33%煤基含氧燃料,67%-35#柴油)柴油机不同海拔燃烧与排放特性研究。结果表明,随着海拔升高,煤基复合燃料柴油机最高燃烧压力降低,放热率峰值下降,滞燃期延长,PM2.5排放增加,海拔2500 m标定工况PM2.5排放比平原增加28.9%。与燃用柴油相比,相同海拔下,煤基复合燃料柴油机滞燃期延长,燃烧持续期缩短,PM2.5排放减少,且海拔越高PM2.5排放降低幅度越大。煤基复合燃料柴油机高海拔燃烧过程数值模拟结果表明,海拔5500 m煤基复合燃料soot排放明显降低。     

直喷柴油机火焰浮起长度的数值模拟研究

采用三维CFD模型模拟了直喷柴油机缸内喷雾燃烧过程,模拟缸压曲线得到了实验的验证.通过高温区与喷嘴之间的稳定距离来确定柴油机火焰浮起长度,研究在不同进气条件下火焰浮起长度的变化情况.该模型成功地预测了火焰浮起长度随着初始进气压力的增大而减少,随着进气温度的升高出现先增大后减少的趋势.同时模拟了在不同EGR率下柴油机缸内燃烧情况,发现火焰浮起长度和燃料着火延迟时间都随EGR率的增加而增大.