190型热裂解生物质气发动机性能研究

为了解不同运行参数和不同材料的热裂解生物质气对发动机功率和有害排放物的影响,该文利用热裂解低热值生物质气作为大缸径非增压火花点火发动机的燃料,研究了生物质气发动机的动力性、经济性和排放性。试验数据表明:发动机全工况范围内稳定运行;发动机的燃烧速度较慢,点火提前角为BTDC32℃A时发动机燃烧效果最好;发动机的排放性较好,NO排放随负荷的增大而升高,HC和CO排放随负荷的增大而降低,随裂解气热值的增加NO排放升高。因此,低热值热裂解生物质气作为大缸径发动机的燃料可以实现发动机的稳定运行,并具有较好的经济性和排放性。     

共轨柴油机燃用麻疯树制生物柴油的性能及排放特性

为系统考察柴油机燃用麻疯树制生物柴油的性能,对某共轨柴油机燃用纯柴油、纯麻疯树制生物柴油及其混合燃料的动力性、经济性和排放特性进行了试验研究,分析比较了不同生物柴油混合比例对发动机动力性、经济性、HC、CO、NOX、烟度和CO2排放特性的影响。结果表明：随着生物柴油混合比例的增加,共轨柴油机燃用柴油－麻疯树制生物柴油混合燃料后,其动力性下降,HC、CO、烟度和CO2排放降低;燃油经济性略有增加,NOX排放略有升高。     

2004 Mack MD11柴油机燃用氢-柴油混合燃料的排放特性

为了降低柴油机的排放,氢作为柴油机燃料的研究正在引起研究者的关注。该文对2004 Mack MD11柴油机燃用不同比例(最高氢气比例达7%)的氢气与柴油组成的混合燃料的CO、CO2、HC、排放特性进行了研究。结果表明:在各种负荷下,氢气和柴油的混合燃料有助于降低CO、CO2和HC的比排放。随氢气添加量增加(或添加超过一定量以后),CO、CO2和HC各自排放量随着负荷降低的规律不尽相同,在低负荷下排放量的降低更为显著一些。如在10%负荷下,CO排放量减少50%以上;CO2量减少60%以上;HC排放量减少40%以上。     

喷油定时对燃用生物柴油发动机经济性与排放的影响

为研究黄连木籽生物柴油对发动机性能的影响,在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了不同喷油定时下燃用黄连木籽生物柴油-柴油混合燃料时的经济性及排放特性试验。结果表明：在相同工况下,4种燃料的最经济喷油定时几乎相同,即最大扭矩工况为上止点前110CA左右,标定工况为上止点前120CA左右。CO和碳烟排放随喷油定时的增大有先降低又升高的趋势。随喷油定时的增大,THC排放降低,而NOX排放大幅增加。CO、THC及碳烟排放均随生物柴油掺混比的增加而降低;B10、B20的NOX排放比柴油低,而B30的NOX排放与柴油相当。最经济喷油定时与燃料类型无关,生物柴油混合比例对发动机的排放影响较大。     

小功率非道路用柴油机动力、经济及排放特性

为提高小功率非道路用柴油机的动力性、经济性、降低有害物排放,开展了柴油机缸内燃烧过程的试验研究。该文以非道路用N490直喷柴油机为样机,通过对燃料喷射系统参数优化,提高喷油压力和优化喷油特性;通过对配气定时调整,提高柴油机常用转速下的充量系数;通过对燃烧室结构的优化设计,改善缸内油气混合。柴油机经优化后,性能得到大幅提升,柴油机在标定工况、最大扭矩工况燃油消耗率分别下降了3.0%、2.43%,不透光烟度分别减少了14.6%、10%;整机的CO、NO_x+HC、颗粒(PM)与原机相比分别下降了34.7%、21.5%、34.9%,排放达到了非道路国三排放标准限值要求。通过对燃料喷射系统、进气系统与燃烧室的优化匹配,完全可以在降低有害物排放的同时,提高柴油机的经济性。试验研究可为提升非道路用柴油机性能并满足国三排放法规提供技术参考。     

重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放特性

为研究重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放规律及影响因素,提供碳氢排放基础数据,提出控制稀燃天然气发动机碳氢排放的方法,该文利用对比试验的方法对进气总管单点混合增压中冷重型车用稀燃天然气发动机的燃烧特性及外特性、负荷特性碳氢排放进行了研究。试验结果表明:发动机在节气门全开的外特性工况运行时,随发动机转速从1000增加到2000r/min,以曲轴转角计算的速燃期从28°增加到41°;转速保持在2000r/min时,负荷从0到100%,速燃期从52°缩短到41°。外特性的甲烷性碳氢(CH4)排放比例较高,占总碳氢(totalhydrocarbon,THC)排放的95%以上;推迟点火提前角碳氢排放降低,外特性运行时点火提前角推迟6°,在转速1400～2000r/min范围内,THC排放降低了10.1%～15.4%,CH4排放降低了10.9%～16.5%。从空载到75%负荷率范围内,点火提前角推迟6°后,THC排放在不同负荷点降低的平均幅度为24%左右,CH4降低的平均幅度为33.1%左右。在转速1000～2000r/min范围内,随着发动机负荷的提高碳氢排放量增多。标定转速随负荷的增加CH4排放占THC排放的比例升高。该研究为增压中冷单点喷射车用稀燃天然气发动机的碳氢排放控制提供了理论依据。     

过量空气系数对柴油/甲醇RCCI发动机非常规排放特性的影响

为探究柴油/甲醇反应活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)发动机非常规排放特性及影响机理,该研究对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了柴油/甲醇双燃料RCCI发动机专用试验台架,系统研究了不同甲醇替代率、过量空气系数对发动机非常规排放物的影响规律。结果表明:最大转矩转速(2 000 r/min)、不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,柴油/甲醇RCCI发动机甲醇、甲醛、芳香烃碳氢化合物和SO_2排放量升高,非甲烷总烃、CO_2排放降低;25%负荷、甲醇替代率从0%增加到15%,CO_2排放量降低4.5%;100%负荷、30%甲醇替代率时,CO_2排放量较纯柴油模式减少6.8%。随过量空气系数减小,未燃甲醇、甲醛、非甲烷总烃和SO_2排放量降低,CO_2排放升高;25%负荷下,过量空气系数从3.48减小到3.05,5%、10%、15%替代率下甲醇排放量分别降低16.9%、12.7%和14.5%,甲醛排放量分别降低8.8%、10.8%和10.5%,非甲烷总烃排放量平均下降75%;100%负荷下,过量空气系数从1.6减小到1.38,10%、20%、30%替代率下甲醇排放量分别降低45.6%、45.9%和43.9%,非甲烷总烃排放分别降低18.2%、27.3%和60%,甲醛排放量平均减少34.4%;高负荷下芳香烃碳氢化合物随过量空气系数的减小而升高,低负荷下变化不明显;RCCI模式下,碳氢化合物的主要成分是未燃甲醇和甲醛,适当关小节气门开度,减小过量空气系数,对降低非常规污染物排放有利。外特性工况下,随发动机转速增加,未燃甲醇、非甲烷总烃、二氧化碳排放降低,甲醛排放增多;不同转速下随着甲醇替代率增加,非甲烷总烃和二氧化碳排放降低,未燃甲醇和甲醛排放量增加。研究结果可为柴油/甲醇双燃料RCCI发动机非常规排放物控制奠定理论基础。     

大气压力对小型农用柴油机怠速工况燃烧与排放的影响

怠速是非道路用柴油机重要的运行工况之一。为了深入探究大气压力对小型农用柴油机怠速工况下燃烧与排放性能的影响,利用大气压力模拟装置,研究了满足非道路国III排放标准的小型农用柴油机在怠速工况下燃烧特性与排放性能随大气压力(80、90、100 kPa)的变化规律。试验结果表明:在怠速工况下,小型农用柴油机匹配的涡轮增压器不起作用,并且在高原地区涡轮增压系统不具备自补偿能力;最高缸内压力、压力升高率峰值以及放热率峰值均随着大气压力的升高而升高,大气压力每升高10 kPa,上述燃烧参数分别平均升高13.33%、37.24%以及6.76%;而最高缸内燃烧温度随着大气压力的升高而降低,大气压力每升高10 kPa,平均降低11.18%;大气压力对CO排放与HC排放影响较大,大气压力每升高10 kPa,CO排放与HC排放分别平均降低47.47%与55.77%;大气压力对NO_x排放与烟度的影响相对较小,大气压力每升高10 kPa,NO_x排放平均升高18.93%,而烟度平均降低11.90%。该研究可为高原地区小型农用柴油机怠速工况的排放控制提供参考依据。     

电控低压喷射小型汽油机燃烧与排放特性分析

以168F汽油机为样机,采用自主开发的通用小型汽油机低压电控燃油喷射系统,按照美国EPA排放试验循环工况,对35 kPa、70 kPa和0.3 MPa喷射压力下发动机燃烧特性与排放特性进行试验研究。得出小型汽油机采用不同喷射压力喷油,可通过喷油脉宽控制使各工况点过量空气系数无明显差异,能实现以低排放为目标开环控制的电控低压喷射并能优化汽油机的综合性能。降低喷射压力,发动机标定工况缸内最大爆发压力略有降低,最大爆发压力对应曲轴转角推迟。随着喷射压力降低,燃烧持续期略有增加,缸内最高燃烧温度下降,CO排放值几乎保持不变,HC排放值呈上升趋势,NOX排放值则呈下降趋势,有效燃油消耗率略有增加。用喷油压力分别为35 kPa、70 kPa和0.3 MPa喷油,CO比排放分别为259.9、258.5和258.3 g/(kW·h);HC+NOX比排放分别为7.41、7.35和6.99 g/(kW·h)。相对于使用化油器供油的原机而言,电控样机整机动力性不变,排放和经济性能明显提高。采用35kPa 的低压电控喷射系统小型汽油机能满足美国 EPAⅢ排放法规限值要求,起动性能、运转稳定性明显改善,能降低整机电控系统的成本,可推动整个通用小型汽油机行业电控化发展。     

二叔丁基过氧化物对生物柴油燃烧过程及排放的影响

采用十六烷值改进剂二叔丁基过氧化物(Di-tert-butyl peroxide,DTBP)对生物柴油的着火性能进行改进。通过柴油机台架试验,测量了标定转速2900r/min、不同负荷时柴油机的气缸压力和排放污染物,考察了DTBP不同添加比对生物柴油燃烧过程及排放的影响。研究结果表明,随着DTBP添加比例的增加,着火延迟期及缸内最高爆发压力均有所降低,DTBP添加比例为0.75%时,滞燃期缩短1.2°CA左右,燃烧持续期缩短3°CA左右,缸内最高爆发压力降低2.5%;添加DTBP后,HC、CO、NOx排放均有所改善,DTBP添加比例为0.25%时,排放降低最多:HC排放降低42.7%,CO排放降低13.9%,NOx排放降低15.7%,随着DTBP添加比的增加,排放略有升高,但对碳烟排放影响不大。     

废气再循技术对正丁醇/柴油燃烧颗粒结构及分形特征的影响

为深入了解添加含氧燃料和废气再循环技术(exhaust gas recirculation,EGR)共同作用对颗粒结构及分形特征的影响,运用颗粒分级采样装置采集了EGR率分别为0、10%、20%时,柴油机燃用正丁醇质量百分比为10%的正丁醇/柴油混合燃料(N10)的燃烧颗粒(N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%),通过电镜试验和图像处理技术,开展了不同EGR率对正丁醇/柴油燃烧颗粒的影响研究,分析了颗粒群的微观结构、平均粒径、分形维数,基本碳粒子的层面间距、微晶尺寸等物理结构参数的变化规律,结果表明,N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%燃烧颗粒群整体呈现团簇状结构,颗粒粒径范围主要集中在30~70 nm之间,呈正态单峰分布;随着EGR率的增加,粒径范围向大粒径方向移动,平均粒径逐渐增大,N10EGR20%与N10EGR0相比,平均粒径增大约为19%;计盒维数逐渐减小,表明颗粒间的团簇程度逐渐减弱。不同EGR条件下的基本碳粒子结构相似,呈指纹状球形碳层结构,随EGR率的增加,基本碳粒子的内核碳层排列无序性和外壳石墨晶体结构无规则性增强,平均层面间距和弯曲度逐渐增大,微晶尺寸逐渐减小。该研究为含氧燃料与EGR共同作用对颗粒的形成机理以及降低柴油机颗粒排放的措施提供理论参考。     

不同海拔下甲醇替代率和主喷正时对RCCI发动机性能的影响

为探究不同海拔条件下甲醇/柴油反应活性控制压燃（reactivity controlled compression ignition, RCCI）发动机的运行特性,该研究基于甲醇/柴油双燃料发动机试验台架,试验研究1 800r/min、100%负荷和3 200r/min、100%负荷下不同甲醇替代率、柴油喷射正时对发动机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明：不同海拔条件下随着甲醇替代率的增加,缸压和瞬时放热率峰值逐渐升高,燃烧始点和燃烧中心前移,当量有效燃油消耗率（equivalent brake specific fuel consumption, ESFC）降低,有效热效率升高,NO_x和碳烟排放大幅降低,THC（total hydrocarbons）和CO排放增加。1 800 r/min、100%负荷工况下,甲醇替代率由0增至20%,0、1 000、2 000m海拔下最大缸压平均增加1.72MPa,瞬时放热率峰值平均升高25.08J/(°),ESFC平均降低4.67%,有效热效率平均升高4.90%,NO_x和碳烟排放分别平均降低16.63%和50%,THC和CO排放量分别平均增加142.03、388.18 mg/kg。3 200 r/min下甲醇替代率由0增至7%,不同海拔高度下ESFC平均降低1.76%,有效热效率平均升高1.79%,NO_x和碳烟排放量分别平均降低8.17%和20.70%。海拔高度由0升至2 000m,1 800r/min、20%甲醇替代率与3 200r/min、7%甲醇替代率下,瞬时放热率峰值分别降低4.80和8.08J/(°),燃烧中心分别推迟1.44°和1.43°,有效热效率分别降低0.82%和0.68%,ESFC分别升高2.10%和1.99%,NO_x排放量分别减少10.61%和7.35%,碳烟排放分别增加26.54%和32.12%,THC排放分别升高29.88%和15.45%,CO排放量分别增加22.42%和18.15%。固定甲醇替代率后,随着柴油主喷正时提前,不同海拔条件下缸压和放热率峰值逐渐升高,燃烧中心向上止点靠近,ESFC逐渐降低,有效热效率升高,碳烟排放减少,NO_x、THC和CO排放增加。1 800 r/min、15%甲醇替代率下,主喷正时从-1.5°提前至-7.5°,不同海拔高度下ESFC平均降低8.27%,有效热效率平均升高9.08%,碳烟排放平均减少90.94%。为提升高海拔条件下甲醇/柴油RCCI发动机的热效率和燃油经济性,可以适当增大柴油主喷正时。研究结果可为不同海拔环境下甲醇/柴油RCCI发动机燃烧与污染物排放控制优化提供参考。     

生物质热解燃油在柴油机上的应用效果

生物质通过快速热解得到的生物质热解燃油主要成分为含氧有机混合物和水,不宜直接作为燃料使用,但与柴油乳化后可实现其在发动机上的应用。在确定生物质热解燃油/柴油乳化油乳化剂的最佳亲水亲油平衡（HLB）值后,利用超声波乳化装置制备了生物质热解燃油质量分数为10%的乳化油（用BPO10表示）,然后在一台未作改动的直喷式柴油机上对燃用BPO10时的燃烧和排放进行了研究。结果表明,生物质热解燃油/柴油乳化油乳化剂的最佳HLB值约为5.8。与0号柴油相比,发动机燃用BPO10时燃烧始点推迟,预混燃烧放热峰值明显升高,扩散燃烧放热峰值略低,最高燃烧压力较低,燃烧持续期缩短;燃用BPO10时有效燃油消耗率较高,而有效热效率与0号柴油的相当;燃用BPO10时可同时大幅降低NOx和碳烟排放,但HC和CO排放升高。     

农用柴油机喷油器各孔喷油规律验证及流动特性模拟

针对农用柴油机喷油器各孔内部流动特性存在差异的现象,该文以某两气门用非均匀布置的5孔无压力室喷油器为研究对象建立三维模型,运用双流体模型及空穴模型计算了模拟各孔喷油规律,与实测各孔喷油规律吻合较好。通过该模型分析了喷嘴各孔瞬态流动特性及喷孔轴线与针阀轴线夹角对喷孔内部流动的影响。模拟结果如下:在针阀全开阶段,随着凸轮轴转角的增加,喷油压力不断变化,各孔内部出现不稳定空化,影响喷孔出口喷油速率;在喷射初期,喷孔内部未形成完全空穴,各孔喷油速率的差异不明显。另外,喷嘴喷孔轴线与针阀轴线夹角从67°增至80°时,各孔内部空穴区增加且延伸的空穴逐渐向喷孔中心轴线移动,喷油速率逐渐减小。该研究可为农用柴油机喷油器各孔的分布设计提供参考。     

柴油机应用不同配比生物柴油的经济性和排放特性

生物柴油经济性能和排放特性的试验对研究生物柴油的适用性具有重要意义。该文采用柴油机台架试验,测量了4种不同配比的生物柴油混合燃料的经济性和排放特性。试验结果表明：在不作任何调整的情况下,生物柴油及与石化柴油的混合燃料可以直接应用于柴油机,随着生物柴油掺混比例的增加,柴油机的烟度、碳氢化合物HC和一氧化碳CO有较大幅度的下降,改善了柴油机的排放特性。采用生物柴油掺混比例为10%或20%时,可在柴油机经济性能改变较小情况下,改变柴油机的排放状态并减少污染物排放。     

柴油机多次喷射干扰的喷油脉宽评估方法及抑制策略

为了防止柴油机多次喷射相互干扰或重叠对喷油器、控制器以及发动机性能造成影响。该文选取大、中、小负荷3种工况,进行了预喷与主喷不同程度重叠对喷油器驱动电流、柴油机缸内燃烧及排放性能影响的台架试验。试验结果表明：当预喷与主喷重叠时,喷油器的最大提升电流达到39 A左右,约为喷油器规定电流的2倍,极有可能对喷油器及控制器造成损坏;重叠度在0以上时,喷油器处于连续开启状态,2次喷油合并为1次喷油,预喷效果消失,燃烧滞燃期延长;重叠度0与-50%相比,3种工况的着火延迟角度分别增加4.1、4.8和5.2 °CA,增幅分别为86.7%、115%和99%;随着滞燃期延长,燃烧始点推迟,缸内压力及燃烧温度升高,燃烧噪声增加,排放性能受到一定程度的影响。针对预喷与主喷重叠带来的问题,提出了基于喷油脉宽评估方法的多次喷射干扰抑制策略,并进行了台架验证试验。结果表明：当抑制系统监测到预喷与主喷会发生干扰或重叠时,控制策略能够协调预喷在合理的角度范围内进行喷射;当预喷不能满足喷油角度释放条件时,抑制策略通过控制状态字有效关闭预喷。研究结果可为柴油机多次喷射协调控制提供理论依据。