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．     

二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性

为开究二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性，在单缸发动机上进行了二甲影甲醇均质压燃的试验研究．结果表明，随二甲醚浓度增加，主燃烧时刻提前，燃烧持续期缩短，放热率峰值升高；随甲醇浓度增加，低温反应变得不明显，主燃烧时刻推迟，燃烧持续期延长，因此通过调节2种燃料浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程．在均质压燃正常燃烧范围内，燃烧效率和指示热效率随二甲醚浓度的增加而提高，随甲醇浓度的增加而降低，通过采用较浓的二甲醚可以获得比较高的指示热效率值，试验中在较高负荷采用高浓度二甲醚时，指示热效率达到48％．     

不同环境氧浓度下聚甲氧基二甲醚（PODE）喷雾燃烧的羟基光谱分布及其反演重构研究

聚甲氧基二甲醚（PODE）是一种有潜力的柴油替代燃料，目前针对PODE的研究更多集中在发动机台架试验，相应的基础喷雾燃烧研究较少，制约了其在动力装置中高效清洁燃烧性能的提升。羟基（OH）性质活泼，大量存在的区域通常认为是高温反应区域。利用羟基光谱可以获得火焰结构、燃烧反应位置以及热释放速率等重要参数。环境氧浓度对火焰结构有很大影响，也是控制燃烧反应速率和污染物排放的重要参数。因此，在一台光学定容燃烧弹上，首先利用羟基的自发光光谱测量，研究了宽环境氧浓度变化（15%～80%）对PODE喷雾火焰浮起长度的影响，进一步利用阿贝尔逆变换方法将羟基自发光光谱强度由积分值反演为点位值，研究了富氧条件下（40%～80%）氧浓度变化对PODE喷雾羟基分布的影响。研究结果表明：环境氧浓度由15%增至40%，PODE火焰浮起长度迅速缩短；氧浓度进一步增加至80%，火焰浮起长度下降趋势逐渐变缓，直至基本不变；相同氧气浓度下PODE火焰浮起长度明显小于柴油。反演后的羟基光谱分布特征表面，富氧条件下PODE羟基光谱的高光强区域主要集中于喷雾边缘扩散火焰薄层中，同时，局部温度的显著提升使得羟基光谱强度在预混反应区下游附近达到最大；羟基光谱高光强区域随氧气浓度增加逐渐向火焰中上游区域迁移，并且其分布表现为轴向上更短，径向上更窄；在火焰达到准稳态时，相较40%氧气浓度条件，60%和80%氧气浓度下的羟基光谱强度在火焰中下游明显减弱，表明高的环境氧浓度下喷雾上游的燃油高浓度区域更快的参与到剧烈的燃烧反应中。     

均质压燃的燃烧循环变动试验

为研究均质压燃的燃烧循环变动规律，在单缸发动机上进行了不同辛烷值燃料的均质压燃试验．结果表明，在恒定的平均指示压力下循环变动随辛烷值的增大而增大，在恒定的辛烷值下循环变动随平均指示压力的增大而减小；对于高辛烷值燃料，转速对循环变动的影响非常明显，尤其在较高转速时，循环变动随转速的升高急剧增大；在不发生爆震的情况下，燃烧效率、指示热效率以及HC和CO排放随循环变动的减小而改善，而NOx排放几乎没有变化，但一旦出现爆震情况，则指示热效率降低，NOx排放急剧升高．     

柴油机燃用二甲基醚(DME)应用基础理论研究

针对柴油机燃料能源消耗量大及排放废气污染环境的问题，进行了柴油机燃用二甲基醚应用基础理论研究。从二甲基醚喷雾混合理论、二甲基醚燃烧反应动力学机理等方面介绍了二甲基醚高效清洁燃烧基础理论研究的进展情况及其应用前景。     

喷射时刻对甲醇热氛围燃烧影响的试验

利用进气预混合二甲醚(DME)在缸内早燃形成的热氛围,研究了不同甲醇浓度下喷射时刻对缸内直喷甲醇热氛围燃烧的影响.结果表明:醇燃料在上止点附近喷射,燃烧过程表现为DME低温放热、高温放热和甲醇扩散燃烧放热3个阶段的分布式放热规律;随甲醇喷射时刻的提前,燃烧变为双峰放热,且第2放热峰值增大.较早的喷射时刻易导致爆震或者失火,燃烧过程较难控制.不同甲醇浓度下喷射时刻对发动机性能和排放特性的影响有所不同.值得注意的是,随甲醇浓度的增大,DME热值比例减小.综合比较,甲醇在上止点前22°CA附近喷射,能获得较好的发动机综合性能.     

多次喷射对重型柴油机影响的试验研究

本文在一台电控共轨柴油机上进行了多次喷射及多次喷射和EGR结合对重型柴油机影响的试验研究。EGR为基于VGT的高压冷却EGR系统。研究了不同喷射策略下喷射参数对柴油机性能和排放的影响。研究了EGR和多次喷射结合降低柴油机排放的效果;通过调整EGR率,将NO_x控制在2.0 g/(kW·h),研究喷射参数和EGR对柴油机的影响。研究结果表明,预喷射可以在小负荷时改善柴油机的NO_x、CO和比油耗,但在大负荷时没有明显的影响;两次预喷射可以促进油气混合;后喷射可以促进油气混合,提高碳烟的氧化速度,因而可以明显改善柴油机的烟度和CO;优化的喷射参数结合EGR可以显著降低NO_x和烟度。     

甲醇／二甲醚双燃料复合燃烧过程的多维数值模拟

采用计算流体动力学耦合简化动力学模型研究了甲醇喷射时刻对甲醇／二甲醚（DME）双燃料复合燃烧过程的影响机理．结果表明,甲醇在上止点前26°CA喷射,对DME低温反应几乎没有影响,但对DME高温反应有明显的促进作用,DME和甲醇的高温反应几乎同时发生;甲醇在上止点前26°CA喷射,高温燃烧区集中在燃烧室内部,导致大量的NO生成;而甲醇在上止点前6°CA喷射,高温燃烧区分散在压缩余隙和燃烧室内壁附近,NO生成量明显降低,但燃烧持续期延长．甲醇喷射时刻的合理选择是复合燃烧取得最佳综合性能的关键．     

燃料辛烷值对均质压燃（HCCI）工况范围和排放特性的实验研究

在一台改装的单缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值基础燃料（PRF）均质压燃（homogeneous charge compression ignition， HCCI）运行工况范围、性能和排放特性的实验研究. 结果表明，在不同发动机工况燃烧不同辛烷值（RON）的燃料，可以控制HCCI燃烧并拓宽HCCI的运转工况范围. 在不同发动机负荷工况都存在一个能够实现最高指示热效率的最佳RON. 燃料RON增大，氮氧化物（NO_x），碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）排放都升高，其中HC排放升高的趋势最明显. 研究还表明，CO排放与缸内最高平均温度有较好的一致性，而NO_x排放急剧升高是爆震燃烧的重要特征.