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1 800 r/min、100%负荷和3 200 r/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、2 000 m海拔下最大缸压平均增加1.72 MPa,瞬时放热率峰值平均升高25.08 J/(°),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2 000 m,1 800 r/min、20%甲醇替代率与3 200 r/min、7%甲醇替代率下,瞬时放热率峰值分别降低4.80和8.08 J/(°),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。

甲醇-柴油反应活性控制压燃发动机排放特性与经济性预测及优化

基于甲醇-柴油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机台架试验数据,建立了基于粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化BP神经网络的甲醇-柴油RCCI发动机排放特性、经济性预测智能模型,以发动机负荷、甲醇替代率、EGR率为输入参数,NO_(x)、烟度、CO、THC排放和当量有效燃油消耗率为输出,预测模型的决定系数(R^(2))分别为0.99,0.97,0.99,0.98和0.96,平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)为6.46%,0.56%,3.12%,1.21%和0.3%,表明构建的PSO-BPNN模型能够有效预测甲醇-柴油RCCI发动机的NO_(x)、烟度、CO、THC排放和经济性。基于偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)分析了不同控制参数对发动机污染物排放和经济性的相关性,将PSO-BPNN预测模型与NSGA-Ⅱ算法相结合,以NO_(x)、烟度和当量有效燃油消耗率为目标对负荷、甲醇替代率和EGR率进行协同优化,将最优控制参数组合标定至双燃料发动机的控制系统进行试验验证。结果表明:优化后烟度变化不明显,NO_(x)排放平均降低39.6%,当量有效燃油消耗率平均降低2.6%。

基于响应曲面法的DPF捕集性能多目标优化

以提高整体捕集性能为目的开展柴油机颗粒捕集器(DPF)结构参数多目标优化设计,利用GT-Power建立DPF捕集模型,通过发动机台架试验验证了仿真模型的可靠性。以最大压降和初始过滤效率为优化目标,以孔隙率、孔直径、壁厚、过滤体长度和直径5个结构参数为优化变量,基于Box-Behnken试验设计方法构建了DPF捕集性能二阶响应面模型,通过三维响应面图对结构参数显著性与交互作用进行仿真分析,采用满意度函数法进行多目标参数优化。结果表明,孔直径对最大压降的影响较小,较小的孔隙率与壁厚、较大的过滤体直径有利于降低DPF最大压降,而适当增大过滤体直径与壁厚可提升DPF初始捕集效率。协同优化后的DPF压降较优化前下降51.34%,优化后的DPF初始过滤效率趋近于100%。