气体介质与脉冲参数对纳秒脉冲放电特性的影响

在定容弹内研究了介质压力、介质成分以及纳秒脉冲电源所控制的4个脉冲参数(脉冲输出电压、脉冲宽度、脉冲次数、脉冲频率)对纳秒脉冲放电过程的影响.结果表明:介质压力上升,首个脉冲和首个击穿脉冲的电极释放电压均上升,高压维持数增加,首个击穿脉冲的放电能量上升.增大脉冲输出电压可以减少高压维持数,但不改变击穿电压.增大脉冲宽度同样不改变击穿电压,但明显提升了首个击穿脉冲的放电能量.改变容弹内介质中CO_(2)的浓度,首个脉冲和首个击穿脉冲的释放电压、放电能量、高压维持数均增加.升高脉冲频率增强了在不同环境条件下脉冲击穿能力,但不影响能量注入总量.在确保击穿的情况下,脉冲次数的增加则能显著增大脉冲注入的能量,增大粒子云团面积,有助于实际点燃过程.

汽油机倒拖条件下纳秒重复脉冲放电特性的可视化研究

在倒拖的单缸光学发动机上,利用高压纳秒脉冲点火系统,研究了不同转速、放电起始时刻和脉宽下的连续高压脉冲放电特性.结果表明:与发动机停机时大气压力下的放电相比,在发动机倒拖运转时,火花塞电极击穿后的电压有上升的趋势,而且击穿电压和累计放电能量大幅升高,放电区域尺寸和亮度明显大于停机时;在任一转速下,第1个放电脉冲所对应的击穿电压和放电能量远高于后续放电脉冲,第1个放电能量占累计放电能量的(62.7±4)%;转速从1000r/min升高到2000r/min时,第1次击穿电压和累计放电能量降低;在2000r/min,循环进气量为0.4 g时,将点火时刻从25°CA BTDC推迟到5°CA BTDC,第1个高压放电脉冲的击穿电压和放电能量均升高,约化场强降低;在相同条件下,脉冲重复频率越低,连续纳秒脉冲间的耦合作用越小,第1次放电的击穿电压和累计放电能量均增加.

电喷汽油机燃用乙醇-汽油燃料的排放性能研究

研究了不同掺混比的乙醇 -汽油燃料在多点电喷汽油机上应用时的排放性能。研究结果表明 :在汽油机参数未做任何调整的情况下 ,在试验的掺混比范围内 ,随着乙醇 -汽油混合燃料中乙醇含量的增加 ,THC排放改善了 30 %,CO排放在大负荷时有所改善 ,NOx 排放在中、小负荷时改善较明显。排放特性的变化不仅与乙醇含量有关 ,而且与电喷发动机的空燃比控制策略有关。以质量计的燃油消耗率有所增加 ,但以燃料热值计的比能耗降低。

三基色测温法在柴油机燃烧温度场测量中的应用研究

应用三基色测温方法处理了由高速摄像机在一台光学发动机上记录下的数字式燃烧图像的温度场 ,并就该测量系统的标定和测量方式进行了讨论。研究结果表明 ,采用三基色测温法分析出的缸内燃烧温度场分布与实际情况相当一致。由于该方法具有能准确、直观、迅速地得出火焰温度场分布规律等优点 ,所以适用于分析像内燃机这类高速变化的燃烧过程 。

乙醇-汽油燃料电喷汽油机的排放及催化性能

研究了多点电喷汽油机燃用不同掺混比的乙醇-汽油混合燃料时的排放及催化器的转化性能。研究结果表明:在汽油机参数未做任何调整的情况下,随着乙醇-汽油混合燃料中乙醇含量的增加,催化器前的THC排放明显降低,最大降幅接近30%,但未燃乙醇和乙醛排放量增大。Pt/Rh系三效催化剂对乙醛的催化转化效率高,但对乙醇的催化转化效率低。乙醇对催化器前的CO和NOx排放及其催化转换效率的影响与电喷汽油机的转速、负荷和空燃比控制策略有关。此外,含30%(V)乙醇的汽油对改善电喷汽油机怠速时催化器前的THC,CO和NOx排放特别明显。

过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响

在一台Ricardo Hydra单缸四气门汽油机上,利用气门重叠负角方法实现了均质充量压缩着火(HCCI)燃烧,并通过试验研究了过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响.研究结果表明,在相同的转速和气门相位角下,随着过量空气系数的增加,平均指示压力减小,缸内残余废气率也减小,但燃油消耗率的变化趋势与转速有关.在大多数工况下,过量空气系数为1.05时,HCCI发动机的着火时刻最早,燃烧持续期最短.过量空气系数对循环波动的影响与转速和气门相位角有关.随着转速的增加,循环波动增大.

着火改进剂对乙醇—柴油燃料排放特性的影响

随着乙醇含量的增加,乙醇—柴油混合燃料的含氧量增大,但热值、十六烷值和粘度下降。助溶剂可以提高混合燃料的稳定性,着火改进剂能提高它的十六烷值。在发动机上的研究结果表明:柴油机的排放与负荷、掺醇量、助溶剂及着火改进剂有关。大负荷时,随着混合燃料中乙醇含量的增加,烟度明显改善,NOx排放有所降低,但使用乙醇—柴油混合燃料时,未燃乙醇和乙醛排放增加,而且CO和总碳氢(THC)排放高于柴油,但助溶剂与着火改进剂能降低CO和THC排放,THC排放甚至低于柴油。

柴油机含氧燃料的研究进展

综述了传统的柴油机含氧燃料的研究进展 ,重点讨论了柴油机含氧燃料植物油及其甲酯、生物质热解燃料、醇类燃料和醚类燃料的理化性质及其在柴油机上的应用。可以看出 :含氧燃料能有效地降低柴油机的微粒排放。但植物油的不稳定性和燃烧时结焦限制了它在柴油机上的应用。甲醇和乙醇与柴油互溶性较差 ,需要寻找适合的添加剂来解决 ;生物质热解燃料需改进生产工艺。

乙醇/柴油/甲酯混合燃料的燃烧与排放特性

对燃料甲酯作为乙醇/柴油混合燃料助溶剂的可行性进行了研究,并对比了柴油机分别使用柴油、乙醇/柴油/甲酯混合燃料、乙醇/甲酯混合燃料和纯甲酯燃料时的燃烧与排放特性。结果表明,燃料甲酯可用作乙醇/柴油的助溶剂。与原机相比,含氧燃料可以大幅度降低柴油机在中高负荷时的烟度,其中E30M70燃料的烟度最小。但当使用含有乙醇的混合燃料时,着火延迟,THC排放增加,且在中高负荷时的压力升高率大,NOx排放较高。

醇类-汽油混合燃料的喷雾特性

在试验台上,研究了使用汽油醇类混合燃料,其中醇类燃料体积分数分别为10%的乙醇-汽油、30%的乙醇-汽油、10%的正丁醇-汽油和30%的正丁醇-汽油时,直喷汽油机多孔喷油器的喷油率和喷雾特性.结果表明,随着喷油压力的提高,醇类-汽油混合燃料的瞬时喷油率增大,且瞬时喷油率波动性依赖于燃料.同时,喷油压力的提高使得喷雾贯穿距离加大,单次喷油后同一时刻的喷雾差异性变大.在高背压,相同喷油压力下醇类-汽油混合燃料的贯穿距离与汽油接近.背压大小对不同燃料喷油初期的喷雾锥角影响较大.低背压时,汽油的喷雾锥角高于醇类-汽油混合燃料,而高背压时,除了30%乙醇-汽油燃料外,醇类-汽油混合燃料的喷雾锥角更大.

直喷汽油喷油器喷射过程近场喷雾特性

利用长距显微镜和高速摄影相结合的方法,研究了单孔直喷汽油喷油器喷孔下方1.5,mm内的近场喷雾特性.结果表明,在喷油过程中,近场喷雾锥角经历了骤减、大幅波动、波动衰减和结束缓增4个阶段.提高喷油压力差能够明显增强喷雾的初次破碎.在相同的喷油压差下,随着喷油背压的增加,喷雾形成初期的轴向速度降低.喷油压力差对喷雾形成初期的轴向速度影响较大.在喷油结束阶段,在喷孔处会形成膜状油束,最后破碎成较大的油滴.

废气再循环方式对汽油机燃烧和颗粒排放特性的影响

研究了不同废气再循环(EGR)方式下,汽油机的燃烧与颗粒排放特性.结果表明,由进气道引入废气的分层废气再循环(分层EGR)方式与由节气门前引入废气再循环(总管EGR)方式相比,汽油机稳定燃烧的EGR率范围大,而且前者比后者的汽油机指示热效率高.在相同负荷下,分层EGR方式下汽油机连续循环中各个循环的指示平均有效压力比总管EGR方式下的更加集中,前者的燃烧更稳定.两种EGR方式下汽油机排气中单位体积内的核态颗粒物和表面积数随着EGR率的增加而降低,而且在相同EGR率下,分层EGR方式下的值比总管EGR下的值高.单位体积内积聚态颗粒物数和总表面积随着EGR率的增加,先减少后增加,但在相同EGR率下,分层EGR方式下的值要比总管EGR下的值低.

外开式汽油喷油器喷雾特性研究

在定容弹内,采用纹影和激光Mie散射技术研究了外开式压电晶体汽油喷油器使用汽油、正丁醇和乙醇时的喷雾特性。结果表明,外开式喷油器喷油形成的空心圆锥状喷雾结构由线状油束组成。喷油背压对喷雾的宏观形态影响较大。随着喷油背压的升高,喷雾中油线间隙减小并最终消失,同时喷雾贯穿度与面积均大幅减小,但喷雾锥角基本不随背压、燃料种类和时间的变化而变化。此外,随着背压的升高,喷雾横向贯穿度的减小程度大于轴向贯穿度,但是横向贯穿度始终大于轴向贯穿度。粘度较大的乙醇和正丁醇的轴向贯穿度大于汽油。横向贯穿度与喷油产生的涡流有关。涡流尺度越大,则横向贯穿度也越大。

稀释方式对正丁醇-汽油HCCI发动机燃烧的影响

在一台单缸4冲程发动机上采用负气门重叠角策略,实现了均质充量压缩着火(HCCI),并研究了排气门相位和过量空气系数对正丁醇-汽油HCCI发动机燃烧特性的影响.结果表明,在相同的排气门关闭角下,随着正丁醇掺混比例的增加,缸内残余废气率增大,平均指示压力(IMEP)下降,而压力升高率增加.缸内残余废气稀释和空气稀释均能有效地降低正丁醇HCCI发动机的最大压升率,但与空气稀释相比,使用废气稀释时HCCI发动机的IMEP下降幅度较大.利用增加过量空气系数和推迟排气门相位的协同控制策略,可以在固定的IMEP下,推迟正丁醇HCCI发动机的着火时刻,降低其最大压升率.

正丁醇-汽油HCCI发动机低温燃烧过程的模拟

利用BOOST软件计算均质充量压缩着火(HCCI)发动机的换气过程,而在CHEMKIN软件中计算压缩、燃烧和膨胀过程,其中燃烧由建立的正丁醇-汽油化学反应动力学简化机理计算.对简化机理进行了反应路径和敏感性分析.同时,模拟研究了固定气门参数及转速下,正丁醇体积分数分别为0%、10%、30%和100%时正丁醇-汽油混合燃料HCCI发动机的着火特性.结果表明:正丁醇在低温反应阶段生成的OH促使正丁醇燃料的消耗,而正丁醇反应生成的OH促进了正丁醇-汽油混合燃料中汽油替代物正庚烷和异辛烷的低温氧化,成为正丁醇-汽油燃料着火随着正丁醇含量增加而提前的主要原因;随着残余废气中甲醛含量的增加,正丁醇-汽油HCCI发动机着火时刻提前.

小升程凸轮轴发动机HCCI燃烧特性的研究

为了在发动机的低速低负荷区实现均质充量压缩着火(HCCI)燃烧,设计了气门升程小和气门开启持续期短的进、排气门凸轮轴,并将其安装在Ricardo Hydra单缸汽油机上。试验研究了发动机使用理论空燃比混合气时的燃烧情况,结果表明,使用负气门重叠角可以在低速低负荷区实现HCCI燃烧。在HCCI燃烧方式下运行时的平均指示压力(PIMEP)依赖丁气门定时和发动机转速。排气门关闭越早,缸内的残余废气量增加,每循环进气量减少,燃烧持续期变长,PIMEP减小,然而泵气损失减小;进气相位对PIMEP的影响小于排气相位的影响;高的发动机转速对燃烧过程的影响类似于排气门早关。

燃料甲酯应用研究浅析

本文阐述了分别使用燃料甲酯及柴油时由柴油机台架试验得到的示功图,烟度及过量空气系数等的对比结果。经分析认为:当燃料甲酯取代柴油时,用户可不必对柴油机另作调整,因而十分方便。

进气和喷油方式对缸内混合气温度和浓度分布的影响

缸内混合气的温度和浓度分布影响均质充量压缩着火汽油机的着火时刻.为此,利用平面激光诱导荧光法(PLIF)在可视化汽油机上研究进气道喷射方式下进气门相位及升程、燃油缸内直喷方式下喷油时刻对缸内混合气温度及浓度分布的影响.结果表明:在进气门升程保持不变时,随着进气门开启时刻推迟,缸内混合气平均温度呈现先增大后减少的趋势,而混合气的温度及浓度不均匀性增大;在进气门开启时刻一定时,随着进气门最大升程的增大,缸内混合气平均温度先增大后减少,缸内混合气温度及浓度的不均匀性减小;在相同的气门相位及升程下,直喷方式下缸内混合气的平均温度低于进气道喷射方式下的,并且随着直喷燃油时刻的推迟,缸内混合气平均温度降低.

燃用直喷汽油-预混醇混合气的汽油机燃烧特性

通过进气道喷射乙醇/正丁醇方式形成预混醇混合气,通过缸内直喷汽油方式形成分层汽油混合气,研究了相同循环供油总能量下汽油机的燃烧与排放特性.结果表明,在进气过程直喷汽油时,汽油机的平均指示有效压力和指示热效率均高于在压缩过程中直喷汽油时的值,并且前者的碳氢化合物和一氧化碳排放更低.在进气过程中直喷汽油时,进气道喷醇-直喷汽油方式与仅采用进气道喷醇方式下汽油机的指示热效率相近.进气道喷乙醇-直喷汽油(E-GDI)和进气道喷正丁醇-直喷汽油(B-GDI)混合气形成方式下汽油机的效率与排放优于仅采用汽油直喷(GDI)形成混合气方式下的值,而且E-GDI方式下汽油机的指示热效率最高.直喷汽油压力对汽油机燃烧的影响与汽油直喷时刻有关.汽油直喷时刻越早,它对汽油机平均指示有效压力的影响越小.

直喷汽油机喷油器射流显微放大特性研究

在定容弹试验台上,利用高速相机和长距显微镜相结合的方法,研究了不同喷油压力和环境背压下单孔直喷汽油机喷油器射流的显微放大特性。结果表明,汽油射流表面会形成表面波,而且表面波的波长发展具有随机性。间断产生的表面波通常从射流向外摆动的切线处剥离后形成密集的微小液滴群,形成径向分叉的雾化结构。随着喷油压力的升高,射流表面波波长变短,表面波频率提高,导致射流破碎加剧,形成的液滴直径减小。此外,喷油压力及环境背压的升高使射流中相邻径向雾化分支之间的距离缩短。