正丁醇稀燃燃烧持续期的试验研究

针对过量空气系数1.6的稀混合气,本文以燃烧弹内填充压力和介质初始温度条件分别作为独立变量,对正丁醇的燃烧持续期进行试验研究。通过改变填充压力与介质温度边界条件,在定容燃烧弹上进行了燃烧试验,分析了燃烧压力、压力升高率、燃烧温度、放热量、放热率等燃烧特性参数,得出填充压力与介质温度条件对正丁醇稀燃燃烧持续期的影响规律。研究结果表明,随着填充压力的增大,正丁醇燃烧持续期明显缩短,混合气温度比初始填充压力对燃烧持续期的影响大。该研究为发动机燃用正丁醇的推广提供了理论依据。

燃烧室抛光技术对汽油机经济性影响的研究

在一台单缸汽油机上,进行了燃烧室壁面抛光前后燃烧相位、燃烧持续期与平均指示热效率相互影响变化规律的试验研究。结果表明:单缸汽油机以化学计量空燃比、低负荷、低圧缩比运行时,抛光后的燃烧室传热损失减少、经济性改善,平均指示热效率从40.8%上升到了42.2%,而随着负荷的增大、压缩比的提高,抛光后燃烧室传热损失减小带来的爆震效果增强,燃烧相位推迟和燃烧持续期延长,最终导致平均指示热效率下降;当汽油机以稀薄燃烧模式运行时,平均指示热效率上升,最高热效率超过45%;当汽油机进入爆震区域以10.5 bar负荷运行时,抛光后燃烧室传热损失减少增强了爆震效果,导致平均指示热效率相比于抛光前总体下降。

电场调控生物柴油液滴燃烧行为

电场作用下的液滴燃烧是研究静电喷雾燃烧的基础。设计搭建了电场作用下燃料液滴燃烧实验装置,通过可视化手段研究了竖直电场中生物柴油液滴的燃烧行为,分析了不同电场度下的火焰形貌、液滴形态演变特征及液滴燃烧规律。结果表明,电场力与自然浮力的竞争决定了火焰形貌,随着电场强度增大,向上火焰、准球形火焰和向下火焰相继出现,表现为上火焰高度减小、下火焰高度增大、火焰宽度先增大后减小、火焰锋面面积先减小后增大,其最大变化幅度依次为69.9%、243.1%、17.0%、10.9%。由于火焰锋面是燃料蒸气和氧气的反应区域,液滴的燃烧持续期随着电场强度增大而呈现先增大后减小的趋势,最大变化幅度为18.1%。

喷油压力对高压共轨柴油机燃烧影响的可视化研究

选取高压共轨柴油机中高负荷下常用喷油压力,在定容燃烧弹内,利用高速摄像技术和燃烧压力采集系统分别试验研究了相同喷油脉宽和相同喷油量下喷油压力对柴油着火、燃烧和炭烟生成特性的影响。结果表明,在喷油压力变化范围内（40-160 MPa）：相同喷油脉宽和相同喷油量下,试验结果具有相同的变化趋势;随喷油压力升高,火焰浮起长度增加,火焰亮度逐渐减弱;高喷油压力下,压力升高率增大,压力升高始点和最高燃烧压力出现时刻均提前,放热率更快达到峰值,且放热率峰值逐渐增大;以相同喷油量为例,当喷油压力从80 MPa升高到160 MPa时,滞燃期由1.7 ms缩短到1.4 ms,燃烧持续期由6.9 ms缩短到4.7 ms,总炭烟量大幅度减少,但滞燃期和燃烧持续期随喷油压力升高而缩短的程度以及炭烟生成量随喷油压力升高而降低的趋势均逐渐减弱。

甲醇掺混比对甲醇/生物柴油混合燃料燃烧循环变动的影响

文章在186FA柴油机上,开展了柴油机燃用甲醇/生物柴油不同掺混比混合燃料的燃烧过程试验,测量了柴油机示功图,分析了燃烧过程特征参数对循环变动的影响,讨论了滞燃期循环变动系数(COVT)、燃烧持续期循环变动系数(COVD)及放热规律型心循环变动系数(COVCA50)随甲醇掺混比的变化规律,提出了评价单缸柴油机循环变动系数的临界值。研究结果表明:当柴油机供油量一定时,COVT,COVD和COVCA50均随着甲醇掺混比的增加而增加;当甲醇掺混比为30%时,COVT,COVD和COVCA50分别为2.76%,6.77%和14.4%,与甲醇掺混比为20%时相比,循环变动系数均有明显增加,最大增幅为48%。考虑到柴油机较低燃烧循环变动系数与工作稳定性的要求,对于应用甲醇/生物柴油混合燃料的柴油机,甲醇的掺混比不宜高于20%。

过量空气系数对汽油HCCI燃烧特性的影响

均质压燃(HCCI,Homogeneous-Charge Compression-Igintion)采用像汽油机一样的预混均质混合气,当活塞到达上止点附近时,与柴油机一样将均质混合气压缩着火。目前HCCI燃烧面临的最大困难是实现燃烧相位的精确控制。

丁醇汽油混合燃料在缸内直喷发动机中的燃烧特性研究

为探究丁醇对发动机燃烧的影响,选取甲苯标准参考燃料(TPRF)与各类丁醇的同分异构体的混合燃料进行了发动机可视化试验研究。试验基于直喷点燃式光学发动机,结合高速摄影及缸内压力测试等手段,进行了不同TPRF-丁醇燃料的火焰图像处理及分析,并结合燃烧分析仪测试了发动机的燃烧性能。试验结果表明:正丁醇与TPRF的混合燃料的火焰速率及火焰面积扩张速率最高,而叔丁醇与TPRF的混合燃料最低;丁醇的添加会抑制TPRF的着火倾向,导致燃烧持续期和着火延迟期明显延长,延长效果由大到小依次为叔丁醇、仲丁醇、异丁醇、正丁醇;由于丁醇的热值更低,黏度和汽化潜热更高,掺混丁醇后发动机平均有效指示压力也有显著降低。

连续可变气门升程系统对发动机燃烧和排放的影响

为了深入分析连续可变气门升程(CVVL)系统对增压直喷(TGDI)汽油发动机性能的影响,通过对典型工况点的台架测试,对比分析了可变气门升程对HC、NOx、CO、比油耗以及平均指示有效压力燃烧循环变动系数(COV-IMEP)的影响规律.结果表明,在各个转速下,COV-IMEP随发动机负荷增加而下降;低转速中等负荷时,COV-IMEP随气门升程的减小显著下降.HC随气门升程下降而下降,但下降幅度较小.NOx随气门升程下降显著上升,通过优化气门升程和推迟排气门正时机构相位角,可以有效抑制NOx的上升.利用CVVL系统的上述特点,在综合工况循环冷起动排放优化中,更多推迟点火角,加速三效催化器的起燃,而COV-IMEP保持在可接受的水平,从而大幅降低了排放水平.

柴油两段喷射中预喷对主喷燃烧特性影响试验研究

采用可视化定容弹搭配高速数码相机研究柴油两段喷射过程中预喷对主喷喷雾在低温下的燃烧特性的影响。通过对单段喷雾燃烧过程的试验研究发现,随喷射压力增大单段喷雾燃烧的着火延迟期与燃烧持续期减小,而火焰浮起长度与液相长度增大。同时,在相同喷射压力与喷射脉宽下对比单段喷雾燃烧过程与两段喷射主喷燃烧过程得到:两段喷雾的主喷着火位置更靠近喷嘴;主喷的着火延迟期大大缩短,但预喷量对其影响较小;两段喷雾的主喷燃烧持续期增大,且随着预喷量的增大而增大;两段喷雾的主喷燃烧火焰浮起长度小于单段喷雾燃烧火焰浮起长度,且随着预喷量的增大略有增大;两段喷雾燃烧的液相长度小于单段喷雾燃烧的液相长度,且随着预喷量的增大而减小。

均质压燃燃烧着火时刻的循环变动

在一台改装单缸机上,研究了进气温度、进气压力、外部废气再循环率等运行参数对汽油均质压燃(HCCI)燃烧着火时刻循环变动的影响.结果表明:着火时刻对应的曲轴转角对HCCI燃烧循环变动有重大影响.着火时刻提前,HCCI燃烧循环变动较小.不同运行参数对燃烧循环变动的影响不同.进气温度和冷却水温度升高、进气压力增大有助于减小着火时刻循环变动,过量空气系数和EGR率增大会增大着火时刻循环变动.

某小型增压发动机不同燃料燃烧特性和性能研究

采用小排量增压汽油发动机作为原始机型,通过标定软件调整相同燃烧控制边界条件,研究不同燃料的燃烧性能。试验结果表明:乙醇汽油提高了缸内燃油的燃烧速度,相同点火角、低中负荷下,E22相对于E0和E100燃料,50%燃烧重心更加接近最佳角度;低转速低负荷下,添加乙醇燃料,着火延迟期缩短约1°CA,高转速由于气体湍动能大,3种燃料没有较大差异。一定比例的乙醇添加到车用汽油中,有利于增加火焰的传播速度,提高燃烧速率,同时提升发动机的输出转矩和功率;所有转速下,在1.0 MPa BMEP的工况负荷下,不同参比的乙醇燃料燃烧持续期没有较明显的差异。随着乙醇燃料参比的增加,缸内燃烧压力升高率增加0.02~0.05 MPa/°CA,同时最大爆发压力也随着增加0.2~0.5 MPa,负荷越高,最大爆发压力增加也越明显。在不进行任何调整的情况下,燃用高参比的乙醇汽油,可能导致发动机振动加剧,车内噪声较高,影响驾驶舒适性,甚至损坏发动机。

喷嘴结构对船用低速柴油机燃烧的影响

应用三维计算流体动力学软件对某船用低速柴油机的缸内燃烧进行研究,分析喷油器结构参数对缸内燃烧的影响。结果表明:喷油器喷嘴深入燃烧室内的长度较短时,缸内燃烧较差,导致缸盖过热;随着喷嘴伸入燃烧室内的长度增加,缸内燃烧情况得到改善,燃烧持续期逐渐缩短,NOx排放逐渐增加。随喷孔逆缸内涡流的径向角度增加,缸内燃烧情况逐步改善,燃烧室壁面传热减少;随喷孔倾斜角度增加,活塞表面受热增加。对新开发机型燃烧系统的研究发现:喷嘴的喷孔倾斜角度保持不变,将喷嘴长度增加10 mm,径向角度沿喷嘴轴线逆时针旋转10°或15°,缸内燃烧性能得到明显提升。

稀燃天然气掺氢发动机循环变动的试验研究

对火花点火天然气发动机而言,稀燃是提高发动机燃油经济性和降低发动机排放的一种有效途径,但稀燃导致的循环变动是拓宽稀燃极限的一个主要限制因素,在天然气中掺混氢气作为燃料,可解决稀燃工况下循环变动过大的问题。为了研究掺氢对发动机循环变动影响,选取纯天然气和掺氢体积比为20%的天然气掺氢燃料,在6缸进气道喷射增压稀燃天然气发动机上进行不同点火提前角和空燃比工况下的试验研究。通过对缸内压力特性参数、燃烧特性参数以及排放数据的分析,结果表明:掺氢可有效降低发动机最高压力循环变动和平均指示压力循环变动,在稀燃情况下效果更为明显;掺氢可降低火焰发展期和燃烧持续期及其循环变动;在稀燃工况下,掺氢对控制发动机NOx及未燃HC排放有利。

低压冷却EGR系统对汽油发动机燃油经济性及排放影响的研究

研究低压冷却EGR(以下简称:LP-EGR)系统对汽油发动机的影响,以一台2.0L增压直喷汽油发动机为研究对象,匹配LP-EGR系统,通过试验研究了不同EGR率对发动机特定工况平均有效燃油消耗率、缸内燃烧过程及主要排放物的影响机理和变化规律。研究表明,LP-EGR系统是降低汽油发动机燃油消耗和改善发动机排放的有效措施。

基于AVL-BOOST的船用中速柴油机性能优化

本文以6300型船用中速柴油机为例,基于AVL-BOOST软件对其性能进行了优化研究。通过建立的工作过程仿真模型,分别计算分析了三种载荷下的燃烧起始角和燃烧持续期对柴油机性能的影响,优化出燃烧起始角和燃烧持续期的最佳范围。研究结果表明:优化后的柴油机和原机相比在动力性、经济性及排放性方面得到了一定程度的改善,为柴油机性能的进一步提高和优化设计指明了方向。

FOX⁃7/NC/NG在快速热刺激下的自着火行为

在快速压缩机实验平台中利用高速成像及动态压力采集手段研究了FOX⁃7/NC/NG快速热刺激下的自着火行为。结果表明样品在快速压缩机上止点热力条件为3.0 MPa,598.1 K,环境平均热加载速率约为1.2×10^(4) K·s^(-1)时,未发生自着火;保持压力不变,提高温度至913.1 K,平均热加载速率升高至2.5×10^(4) K·s^(-1)时,样品发生自着火。对样品在3.0 MPa,913 K下的自着火过程进行多次重复实验,发现其着火延迟时间(IDTI)误差小于20%,燃烧持续期误差小于5%;FOX⁃7/NC/NG样品在不同热加载速率下的实验表明,热加载速率越高,自着火越快,燃烧持续期越短。

滚流比对气道喷射汽油机PN排放的影响研究

本文介绍了气道的评价方法,在气道稳流试验台上测试并对比了3种气道方案的滚流比和流量系数,在台架上详细硏究了不同滚流比对气道喷射汽油机燃烧、PN排放和动力性的影响。结果表明,提高滚流比,可以缩短燃烧持续期,提高燃烧速率,有利于降低PN排放,但也会导致动力性下降。

不同工况下EGR率对发动机性能的影响

为研究不同工况下EGR率对发动机性能的影响,调整EGR阀开度、节气门开度和点火角,对某1.5 L自然吸气发动机进行台架试验,分析不同EGR率下发动机的泵气损失、爆震趋势、燃烧持续期。试验结果表明:在低负荷时,随着EGR率增加,泵气损失降低,燃烧持续期增加,EGR率为10%时,泵气损失和燃烧持续期达到平衡,比油耗最低;在中负荷时,随着EGR率增加,节气门接近全开时,泵气损失最低,比油耗最低;在外特性时,EGR率小幅度增加(由0增加到4%),抑制爆震趋势明显,燃烧中心显著提前,比油耗显著降低。该研究可为发动机性能优化和EGR的标定提供参考。