天然气发动机理论空燃比与稀燃对比研究

研究的目的是确定稀薄燃烧对缸内直喷CNG发动机性能的影响,为CNG发动机采用稀燃方式提供参考依据。首先,建立了CNG发动机的计算模型;然后,对不同空燃比条件下发动机的动力性、热负荷和经济性进行了比较。研究发现:采用稀燃方式会造成发动机动力性的损失;降低其燃烧温度,后燃现象严重;在空燃比为19时,发动机的经济性最好。

多段燃油喷射对碳酸二甲酯-柴油混合燃料燃烧过程的影响

柴油机多段燃油喷射可用来优化缸内燃烧以实现排放净化的目标。该文采用两段预喷和一段主喷组合的多段燃油喷射进行混合燃料D10(90%柴油+10%碳酸二甲酯)燃烧过程的研究。通过预喷相位可调但3段喷油之间相位间隔恒定、主喷持续时间可调但第1、2段预喷持续时间固定的喷油策略,实现在目标工况下精确的放热中心COHR(center of heat release)。当调整多段燃油喷射策略实现目标COHR以等步长推移时,柴油机的燃烧过程呈现如下特点:各工况的着火时刻均处于第2段预喷和主喷之间;从喷油时刻至着火时刻所经历的曲轴转角越来越小;着火时刻至放热中心所占用的曲轴转角则越来越大;缸内燃烧压力峰值出现位置与放热中心位置较为接近,相对缸内峰值压力出现位置,COHR不断后移且相距更远。与柴油相比,D10的滞燃期更长,其最大压升率也更高。由于易汽化的碳酸二甲酯促进了燃料混合及后续燃烧,从着火时刻到10%放热率及90%放热率对应时刻所占用曲轴转角均变小,说明碳酸二甲酯的加入有助燃烧的迅速进行。基于COHR为表征的燃烧特性分析,为碳酸二甲酯/柴油混合燃料的应用、多段燃油喷射调控燃烧过程及排放控制理论提供指导。

不同喷油正时的柴油机PCCI燃烧过程数值模拟

应用CFD软件对采用预喷-预喷-主喷喷油策略的单缸增压柴油机燃烧过程进行数值模拟,分析不同喷油正时方案对燃烧过程及NO和soot排放物生成历程的影响.结果表明:随着喷油时刻推迟,缸内压力逐渐降低,主放热峰下降且不断远离上止点,预混燃烧比例增加,缸内低温PCCI燃烧模式更加明显;放热率10%(q10)时刻以稀预混燃烧为主,soot生成量减少,但因预混放热快而使NO生成量增多,缸内整体的低温效应使q90时刻NO生成量降低,soot生成量先增加后又因燃烧空间扩大及预混燃烧比例增加而下降;柴油机低温PCCI燃烧模式可实现NO与soot排放兼顾控制.

纳米颗粒添加剂对柴油挥发及氧化过程的影响

在氮气及空气的热重氛围下,研究了以平均粒径分别为20,50 nm的Al2O3和平均粒径为20nm的Ce O2这3种纳米材料配制成的质量浓度分别为50,100,150 mg·L-1的3种纳米柴油的挥发特性和氧化特性,运用控制变量法探究纳米颗粒的粒子质量浓度、粒径尺度及物质种类对纳米柴油挥发及氧化过程的影响.结果表明:在惰性氛围下,纳米颗粒延缓了柴油的挥发过程;随着纳米粒子质量浓度增加和粒径增大,纳米柴油的挥发速率减缓.在氧化氛围下,纳米颗粒加快了柴油的氧化过程;随着纳米粒子质量浓度增加和粒径减小,纳米柴油的氧化速率加快;具有催化功能的Ce O2纳米颗粒比同尺度的Al2O3纳米颗粒表现出更好的氧化作用效果.

基于低温PCCI的DMC-柴油的燃烧与排放特性研究

要 在一台改造的高压共轨单缸柴油机上，以实现超低的NOx与颗粒（PM）排放和较高的热效率为目标，采用了高废气再循环（EGR）率、多段喷射和进气增压三者耦合来实现低温预混充量压燃（PCCI），分析碳酸二甲酯（DMC）-柴油混合燃料高预混比例低温燃烧的详细特征及排放性能。研究结果表明：随着放热中心（center of heat release, COHR）推迟，缸内燃烧压力和温度渐次降低，最高燃烧温度均出现在COHR之后7°曲轴转角附近。当COHR从曲轴转角7°逐渐增加到19°时，由两段预喷油束燃烧形成的微弱放热峰放热比例仅占3.5%~6.7%，预喷策略和较高的EGR率联合控制主喷油束的蒸发速率及主燃期的燃烧速率，实现预混燃烧放热比例由65.3%增至76.2%。采用燃烧闭环控制后，基于平均指示压力的循环变动系数能维持在2.0%以内。D10和柴油两种燃料的指示热效率在COHR处于曲轴转角10°附近时达最大值。在较大预混比例低温燃烧PCCI模式下，可同时实现超低的NOx和PM排放。DMC的含氧特性使NOx排放增加，但同时也促进了氧化燃烧的完全程度，显著降低HC、CO和PM排放。

DMC/柴油混合燃料共轨柴油机燃烧循环变动研究

研究了不同条件下DMC/柴油混合燃料共轨发动机的燃烧循环变动,以及COHR和EGR率对燃烧循环变动的影响。结果表明:共轨发动机燃用不同燃料时的燃烧循环变动率都较小;D10燃料燃烧的循环变动率大于纯柴油;发动机大负荷时的循环变动率相对较小;随着COHR的增加,以pmi为表征参数的循环变动系数变化不明显;以pmax为表征参数的循环变动系数略有增大,而以θd为表征参数的循环变动系数明显增长;D10燃料的循环变动系数随EGR率的增加呈缓慢增长,柴油则相对平稳;高的平均指示压力对应着短的火焰发展期。

柴油-LNG混燃船用柴油机特性试验

介绍了柴油-LNG混燃电控喷射系统的组成、特点及工作原理。在对X6170ZC-19柴油机进行简单改装的基础上,通过推进特性试验证明,柴油-LNG混燃柴油机的天然气消耗量计量准确,能精确控制燃料消耗量;综合替代率高;与燃用纯柴油相比,具有燃料消耗量低、热负荷低、排放指标好等优点。

变组分进气充量对柴油机燃烧和排放特性的影响

在一台单缸风冷柴油机上,采用不同体积分数的富氮和富氧进气,对变组分进气工质的燃烧和排放特性规律进行了归纳分析.结果表明:从富氮状态开始,随着进气工质中O2体积分数的增加,着火延迟期缩短,压力升高率峰值和压力峰值增加,富氮造成的着火延迟效应比富氧造成的着火提前效应更显著,各排放物参数的变化率随进气O2体积分数的变化率均呈现二次多项式关系;在富氧阶段,进气O2体积分数增加降低HC,CO和排气烟度的效果渐趋缓慢,但在富氮阶段,随着富氮程度加大,HC,CO和排气烟度却急剧恶化,而NOx排放则在富氧阶段急剧上升而在富氮阶段下降缓慢;大负荷工况下受供氧制约,进气O2体积分数变化对CO和烟度排放变化率的影响作用增强,而由于小负荷工况下进气O2体积分数变化对缸内温度影响更显著,造成HC和NOx排放变化率更敏感.

放热中心对DMC-柴油燃料排放特性的影响

为提高柴油机的燃烧热效率及有效降低有害排放物,在1台高压共轨单缸柴油机上,运用2段预喷和1段主喷组合的多段燃油喷射,并耦合高EGR率以实现低温预混合燃烧。在不同放热中心及EGR率的条件下,对比研究柴油及D10燃料(在柴油中掺入10%碳酸二甲酯)的排放性能。研究结果表明:随着放热中心(crank angle 50,CA50)后移,NOx排放显著降低,HC及CO排放的变化则相对平缓,PM排放呈先增加后降低的趋势;通过调整燃油喷射系统参数调控CA50(燃油路径)及采用EGR率(气体路径)均可实现对NOx的控制,但对其他排放物的作用效果却各不相同;高EGR氛围耦合较晚的CA50,即燃油路径与气体路径二者良好的匹配使用,可实现NOx和PM这2个目标变量的兼顾控制;与柴油相比,使用含氧燃料D10后,HC和CO均略有下降,NOx排放略有上升,但在PM排放方面可以获得大幅度的降低,可为NOx与PM排放之间的再平衡提供更大的空间。