富氧下甲醇发动机冷起动燃烧及非法规排放

在一台经过1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过模拟计算分析了进气氧质量分数对缸内直喷点燃式甲醇发动机冷起动首循环燃烧、甲醛及未燃甲醇非法规排放的影响.模拟结果表明:在冷启动工况下,提高进气氧质量分数能够有效提高活性基团OH、O和H的摩尔浓度,从而促进甲醇燃烧"链式"反应,加快甲醇燃烧速度,降低缸内未燃甲醇质量分数;当进气氧质量分数由0.21增加到0.36时,由于后燃现象导致缸内燃烧温度增大;随着进气氧质量分数进一步的增大,导致后燃现象减小,从而降低了缸内的燃烧温度;随着进气氧质量分数的增大,缸内的燃烧中间产物甲醛的质量分数增加,当进气氧质量分数增大到0.36时,此时缸内的燃烧温度达到最高点,从而能够很好地促进甲醛的氧化,最终使得缸内甲醛质量分数有所降低.

DISI甲醇发动机分层稀薄燃烧试验研究

研究了直喷火花塞点燃式(DISI)甲醇发动机1 600r/min和1 200r/min转速下整个负荷工况内分层稀薄燃烧对性能、燃烧及排放的影响。结果表明:DISI甲醇发动机在整个负荷工况内的一系列特征与柴油机和汽油机有很大不同,缸内混合气分层质量及燃油缸内空间分布对不同转速下的燃烧特性有显著影响;1 200r/min时热效率大、运转稳定,燃烧前期缸压和放热率优于1 600r/min时;大负荷时DISI甲醇发动机分层稀薄燃烧的经济性和排放性都比较好,但小负荷时的经济性和排放性较差,有待改善。

喷射时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在一台由1130单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上,利用商用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283 K,研究了喷射时刻对甲醇发动机低温(266 K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:推迟喷射时刻能够改善缸内燃烧,使得缸内混合气能够得到较为充分燃烧,减小未燃甲醇排放,当喷射时刻由53°BTDC推迟到49°BTDC时,未燃甲醇排放显著减少;喷射时刻由57°BTDC推迟到49°BTDC时,甲醛排放增大,但当喷射时刻继续推迟到45°BTDC时,缸内最高燃烧温度超过1 200 K,使得甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。

进气温度对甲醇发动机燃烧及醇醛类排放影响研究

针对甲醇发动机冷起动醇醛类排放物高的问题,基于一款经柴油机改装的缸内直喷点燃式甲醇发动机为模型,采用AVL-FIRE软件耦合甲醇氧化反应机理,分析了不同进气温度对甲醇发动机冷起动燃烧、甲醛和未燃甲醇排放的影响,结果表明,当进气温度由283 K提高到293 K,燃烧滞燃期缩短了1.3°CA,最高气缸压力和最高燃烧温度分别升高0.59MPa和165 K,未燃甲醇和甲醛排放浓度下降幅度分别为49%和32%;当进气温度由293 K升高到313 K,提高进气温度对改善燃烧和降低醇醛排放作用有一定程度下降;当进气温度超过313 K提高进气温度对改善燃烧和降低醇醛排放效果微弱。提高进气温度能够促进缸内甲醇的蒸发,改善缸内混合气浓度分布和冷起动燃烧,降低甲醛和未燃甲醇排放。

喷嘴开启压力对DISI甲醇发动机燃烧和排放的影响

在1台经过改装的1.99L自然吸气缸内直喷点燃式甲醇发动机上,进行了喷嘴开启压力对发动机有效热效率、燃烧及排放影响的试验研究。在发动机转速为2 000r/min的各负荷工况下,选取7.5 MPa,12.5 MPa和17.5 MPa 3个喷嘴开启压力进行试验分析。结果表明:随着喷嘴开启压力的降低,发动机有效热效率、最大缸内压力和放热率略微增加,但是在小负荷工况下降低喷嘴开启压力,HC排放和CO排放显著增加,在大负荷工况下提高喷嘴开启压力会使NOx排放显著增加。

喷油压力和EGR策略对柴油机瞬变性能的影响

分析了喷油压力和EGR策略对柴油机恒转速增转矩的瞬变工况下累积烟度和烟度峰值的影响。研究表明:分段轨压策略中,在490N·m负荷时,增加喷油压力,累积烟度和烟度峰值的下降幅度最大;在EGR率为5%时,全程原机喷油压力策略对瞬变过程中的烟度峰值影响较小;在EGR率为5%的20%~100%恒转速增转矩瞬变工况下,提高起始负荷和采用全程原机喷油压力策略,均能有效降低烟度峰值;在20%~100%恒转速增转矩的瞬变过程开始后的1.5s关闭EGR阀,能有效降低烟度峰值,结合分段轨压策略,能进一步降低烟度峰值。

点火时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在1台由1130单缸柴油机改造而成的直喷火花点火甲醇发动机上,利用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283K,研究了点火时刻对甲醇发动机低温(266K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:提前点火时刻能够使缸内混合气得到较充分燃烧,减少未燃甲醇排放,当点火时刻由8°BTDC提前到11°BTDC时未燃甲醇排放显著减少;提前点火时刻能够降低甲醛排放,当点火时刻提前到17°BTDC、缸内最高燃烧温度超过1 300K时,甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。

燃空当量比对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

基于一款经柴油机改装的缸内直喷点燃式甲醇发动机,使用三维流体动力学模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,研究了不同燃空当量比对缸内混合气浓度分布、燃烧特性及未燃甲醇和甲醛排放的影响。结果表明:当燃空当量比增加时,缸内最高燃烧温度、最高燃烧压力及放热率峰值均显著升高,甲醛和未燃甲醇排放均得到改善;当燃空当量比从0.33增加到0.67时,最高燃烧压力、燃烧温度和放热率峰值分别增加65%,72%及51%;燃空比超过0.4时,未燃甲醇及甲醛排放急剧减小,且主要集中在气缸壁附近。

喷油压力对柴油机瞬变性能的影响研究

针对增压柴油机瞬态工况过渡期间产生大量烟度的问题,以一台高压共轨柴油机为研究对象,研究了在恒转速下通过改变扭矩的瞬时变化负荷工况下,轨内油压对柴油机缸内燃烧质量及排放性能的影响。结果表明在相同的负荷加载率下,以35%负荷为改变喷油压力负荷,喷油压力在此负荷之前保持与原机相同,之后在原机的基础上有相应的增加。并且缸内压力峰值和压力变化速率峰值以及最高温度最大放热速率在轨内油压增大的同时均有增大,并且对应时刻相应提前。利用分段喷射技术在负荷小于35%时降低轨内油压10 MPa然后在大负荷后提高轨内油压10 MPa能够将瞬变过程的平均油耗降低3.25%,但NOx排放没改善;当轨内油压改变量由10 MPa改为5 MPa时烟度和油耗分别减少11.85%和1.55%,但NOx排放仍无改善。