HCCI燃烧模式下生物柴油的NOx排放研究

利用癸酸甲酯(C11H22O2)作为生物柴油的替代机理,结合Woschni传热模型和癸酸甲酯简化机理的化学反应动力学数值模拟,考察了进气温度、压力、过量空气系数等参数对NOx排放的影响,对生物柴油HCCI发动机的NOx排放进行了预测,得到了NOx排放的预测Map.研究结果表明:改进的癸酸甲酯机理能够较好地模拟低温燃烧过程和着火时刻;进气温度和进气压力提高后,着火时刻提前,导致NOx排放的增加;提高过量空气系数可以降低NOx的排放量.     

基于神经网络的汽油HCCI发动机空燃比控制策略

均质压缩燃烧(HCCI)在控制上存在难点,其中关键是基于循环的空燃比实时控制.HCCI汽油机没有能直接表征发动机每循环进气量的参数,因此,采用动态递归神经网络(Elman网络)预测HCCI发动机每循环的进气量.通过氧传感器闭环和瞬态工况中的油膜补偿,实现对HCCI发动机的稳态及瞬态工况下空燃比的精确控制.试验表明:汽油HCCI发动机神经网络预测模型及空燃比控制策略能满足HCCI发动机实时控制的需求.     

压缩比对二甲醚燃料均质压缩燃烧的影响

在一台2135型柴油机上实现了纯DME的均质充量压缩(HCCI)燃烧方式。试验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于零排放。在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC排放随负荷变化不大。燃烧机理等研究表明,由于纯DME十六烷值高导致着火比较早(上止点前28°CA左右),该发动机只能在中低负荷较小范围内运行。为扩展发动机适用工况,进一步通过调节试验发动机压缩比的方法来改进和控制HCCI的燃烧。试验结果表明以上方法可以有效地控制HCCI燃烧,拓展了HCCI发动机运转范围。     

柴油机燃用不同乳化率柴油与富氧进气试验与模拟

在直喷柴油机上采用氧体积分数为21％、22％、23％和24％进气增氧技术,燃用含水率为0％、10％、20％和30％(体积比)的乳化柴油,进行试验研究及数值模拟.测试工况为被测发动机的最大扭矩点.试验及模拟结果均表明:在燃用相同乳化柴油,随进气氧体积分数的增加,燃烧始点提前,最大压力增加.在相同进气氧体积分数条件下,着火点随乳化柴油含水率的增加而推后.不同的进气氧体积分数及不同含水率的乳化柴油相互搭配可以控制燃烧室内着火时刻和着火速度.燃用30％乳化柴油,氧体积分数从21％增加到24％时NO排放均不超过原机.20％乳化柴油在22％氧体积分数以下效果较好.10％乳化柴油只是在空气助燃时比原机好.碳烟的排放随氧体积分数的增加而降低,亦随乳化率的增加而降低,使用乳化柴油和进气富氧均可使发动机的碳烟排放低于原机碳烟排放.从缸内温度场分布可知,燃料内的含水率对缸内的低温化学反应影响较大,进气内的氧体积分数对高温反应有较大影响.     

不同掺氢比天然气发动机的燃烧排放特性

在电控喷射、火花点火的增压发动机上进行了掺氢比(氢气占混合气的体积分数)为0～50%HCNG混合气的固定工况试验.又通过改变点火提前角和当量空燃比,找出不同掺氢比混合燃料的最佳点火提前角和稀燃极限.试验结果表明:HCNG发动机最佳点火提前角随掺氢比的增加而减小,指示热效率则随掺氢比的增加而增加;稀燃极限随掺氢比的增加而增加;燃烧持续期随掺氢比的增加而减少,着火延迟期随掺氢比的增加而减少;随着掺氢比的增加,Nox和CO排放量升高,CH4排放量降低.     

两冲程HCCI自由活塞式内燃发电机仿真

综合利用Matlab/Simulink、Chemkin、电磁场有限元法对HCCI自由活塞式内燃发电机建立了仿真模型.分析了系统的运动特征,阐明了它与传统内燃机运动规律的差异.讨论了变负荷、燃空当量比下自由活塞式内燃机的变压缩比特性.仿真结果表明,自由活塞式内燃发电机能够根据外部参数调节压缩比,当工作在高压缩比下时,有利于提高燃烧效率、降低内燃机排放.     

压缩比对进气预混甲醇柴油发动机燃烧和排放的影响研究

为研究不同压缩比对进气预混甲醇柴油发动机缸内燃烧过程及排放的影响。以4B26发动机为原机,利用AVL—Fire软件对进气预混甲醇柴油发动机缸内燃烧情况、NOX和soot排放的三维数值模拟。结果表明:压缩比降低导致滞燃期延长,燃烧始点后移,缸内最大爆发压力、压力升高率峰值、放热率峰值和缸内最高燃烧温度下降,最大爆发压力、压力升高率峰值和放热率峰值所对应的曲轴转角延后,NOX排放明显降低,soot排放明显增加。     

快速压缩机试验台架设计与性能试验

设计了一套快速压缩机试验台架,并进行了压缩性能试验。在分析液压缓冲、驱动压力等因素对快速压缩机试验台架性能的影响,并进行压缩性能优化后,快速压缩机压缩平均速度大于8 m/s,燃烧缸内压缩温度的可控范围为650~1 120 K。使用DME-O2-N2混合气进行了快速压缩机的燃烧性能试验,观察到了混合气两阶段放热现象与两阶段着火延迟期。在不同的压缩比、压缩温度与压缩压力条件下,对DME-O2-N2混合气两阶段着火延迟期、总着火延迟期的变化规律进行了研究。试验结果表明:在相同初始压力下,随着燃烧缸内压缩温度与压缩压力的增加,DME-O2-N2混合气的第一阶段着火延迟期与总着火延迟期均缩短;在相同压缩温度下,燃烧缸内压缩压力的增加导致混合气第二阶段着火延迟期与总着火延迟期均缩短,混合气第一阶段着火延迟期略有缩短。     

燃料添加剂对均质压缩燃烧影响的试验

在一台改造的4缸柴油机的第4缸进行均质压燃（HCCI）燃烧试验,研究了添加剂对HCCI燃烧过程的影响。试验结果表明,在HCCI燃烧稳定工况下,没有添加剂的基础燃料PRF90（相当于90号汽油）着火滞后,燃烧放热峰值低,而混有添加剂的基础燃料则着火明显提前,燃烧放热峰值升高。在相同循环喷油量和相同转速的条件下,随着添加剂质量分数的增加,HCCI着火和燃烧放热提前,燃烧放热峰值提高,但过高的添加剂质量分数会使得发动机爆震,工作粗暴。     

柴油机燃用甲醇燃料的燃烧循环变动的研究

在燃用甲醇燃料的１１３０单缸柴油机上,通过缸内燃烧分析,对影响甲醇发动机循环变动的各种因素,（转速,负荷,点火提前角,喷油提前角,喷油嘴类型,压缩比,点火方式等）进行了详细的研究,试验结果表明,甲醇发动机的燃烧环变动主要取决于火延迟期的长短和缸内混合气怪状浓度分面是否合理,缩短着火延迟期,或在火花塞跳火区域及燃烧室内获得理想的混合气层状深度分布均可降低甲醇发动机燃烧循环变动,使发动机性能得以改善。     

火花点火发动机燃用轻油基混合燃料的试验研究

通过理论分析和试验研究,探索出多种比较理想的轻油高辛烷值调合剂,开发了多种以轻油为基础油的火花点火发动机代用燃料。经发动机台架性能对比试验及缸内过程参数分析表明：轻油基混合燃料具有较好的抗爆性,火花点火发动机燃烧过程稳定,可获得与燃用汽油相近的动力性,并且具有较高的热效率;轻油基混合燃料辛烷值较高,可使发动机采用更高的压缩比工作,显著地提高了发动机动力性及经济性,可以作为火花点火发动机的代用燃料。     

乙醇、乙二醇二甲醚与柴油混合燃料排放特性研究

提出了将乙二醇二甲醚作为乙醇柴油燃料的一种组成成分,利用乙二醇二甲醚好的发火性来改善乙醇柴油燃料差的发火性。试验表明乙二醇二甲醚与乙醇、柴油互溶,具有较好的稳定性。对三种比例混合燃料测试了柴油机在主要工况下的性能与排放特性,得出乙二醇二甲醚加入量以E20为最佳,此时,烟度降低了约80%,NOx略有增加,燃油消耗率略有下降。此外考察了随着十六烷值的变化对混合燃料的排放特性的影响,得出随着十六烷值的增加,NOx排放逐渐增加,对烟度和经济性存在一个最佳值。     

乙醇-柴油微乳液及其对柴油机排放影响的研究

通过大量试验,选择了Span80和OP4/Span80复配的乳化剂作为乙醇-柴油的助溶剂,配制成了均匀稳定的乙醇-柴油微乳液,并对乙醇-柴油微乳液的稳定性、密度、粘度、低热值和十六烷值等和发动机燃烧过程有密切联系的参数进行了研究,同时在YZ485D柴油机上和柴油作了排放对比试验。试验结果表明:和柴油相比,乙醇-柴油微乳液的NOx和碳烟排放有明显的降低,但是CO和THC(总碳氢)排放升高。     

天然气发动机废气NO/HC排放量变化特性的试验研究

以天然气为燃料，在可变压缩比单缸发动机上进行了压缩比、点火提前角等参数对废气NO／HC排放量影响的试验研究。试验结果表明：NO／HC排放量随压缩比的增大而增大；压缩比一定，点火提前角的下降会使NO／HC排放量下降；MBT的情况下，NO／HC排放量随压缩比的变化不是直线上升，而是达到峰值后下降。     

喷油器参数对直喷柴油机喷油及燃烧过程的影响研究

利用CFD软件对1115型柴油机在采用不同喷油器参数时的喷油及燃烧过程进行数值模拟,并分析了不同情况下的柴油机缸内燃油浓度场、示功图,排放等。结果表明:随着喷油器孔数增加、孔径减小,油柱破碎时间缩短,燃油蒸发雾化速度加快,空气利用率提高;油束贯穿距离下降,燃油碰壁现象减弱,燃烧室壁面附近的燃油量减少;油气混合速度提高,滞燃期内形成的可燃混合气量增加,燃油燃烧速率和压力升高率上升,碳烟排放量下降,但发动机零部件机械负荷和燃烧噪声增加、NOx排放量上升。     

柴油机燃用二甲醚喷射与燃烧的试验研究

研究了2135型柴油机燃用二甲醚日寸的喷射与燃烧特性。测试了嘴端油管压力、针阀升程、缸内压力、氮氧化物排放等参数，计算了燃烧率和累计燃烧率。试验结果表明，该燃料的喷射与燃烧过程明显不同于柴油。二甲醚的油管压力升高率和压力峰值低，喷射滞后期及其负荷依赖性很大；相应地，其着火点迟后，着火点的负荷依赖性也很大；滞燃期短；缸内最高燃烧压力和压力升高率低；扩散燃烧快速。柴油机燃用二甲醚可大幅降低氮氧化物排放，并实现无烟、低噪声燃烧。     

柴油-米糠油生物柴油-甲、乙醇混合燃料特性实验

利用三元相图研究了柴油-米糠油生物柴油-乙醇混合燃料在不同温度和不同乙醇质量分数下的稳定性。选取不同配比的混合燃料对其燃料特性以及在发动机上燃用时燃烧和排放状况进行了研究,并与普通柴油进行了比较。研究表明随着温度降低,三相系统的稳定性降低;乙醇的含水率对系统稳定性有很大影响,含水率越大系统稳定性越差;混合燃料的燃料特性和普通柴油有一定差别,但总体上并不十分明显;随着混合燃料中乙醇含量增加,发动机输出功率降低,有效燃油消耗率增加,但与普通柴油相差并不大;CO、HC、NOx的排放量也随着乙醇含量增加而增加。掺入米糠油生物柴油可以明显改善柴油醇的燃料特性以及燃烧和排放状况。     

单缸燃气发动机的开发

介绍了以单缸柴油机为基础开发的LPG燃气发动机。该机通过合理的设计燃烧室，选择适当的压缩比，采用点火提前角随转速变化的电子控制的点火系统，通过对燃气和空气混合器的优化，使单缸燃气发动机取得了优良的综合性能。     

柴油机燃用柴油-二甲醚混合燃料的试验研究

在车用直喷式柴油机上进行了燃用柴油－二甲醚的试验研究。将燃料供给系统作了改动，增加了高压氮气瓶以消除气阻。对供油提前角、喷油压力、柴油－二甲醚比例等参数对柴油机供油及燃料 影响进行了研究。试验结果表明，燃用柴油－二甲醚混合燃料时，柴油机可在宽广的转速和负荷范围内稳定运行，最大爆发压力、压力升高率均低于原机，燃烧滞燃期缩短，预混合燃烧减少，NOx、CO及烟度排放均大大降低，HC排放在高负荷工况低于原机。