均质混合气引燃发动机的燃烧与排放特性

均质混合气引燃(HCII)的热效率显著高于汽油机,碳烟排放显著低于柴油机。本文在一台高压共轨柴油机改造的单缸机上对HCII燃烧特性进行了研究,将低温燃烧概念引入HCII燃烧中以降低NOx,同时用引燃燃料分段喷射方法改善大负荷时的粗暴燃烧。结果表明:HCII燃烧方式等容度高,油耗甚至低于柴油机;可以在较浓的空燃比下完全燃烧,拓宽了柴油机的浓限限制,获得更高的功率密度;HCII燃烧与废气再循环(EGR)结合可以实现低温燃烧,同时获得极低的NOx和碳烟排放;引燃柴油两次喷射能够明显降低放热率峰值,从而有效抑制压力升高率。

聚甲氧基二甲醚火(PODE_n)引燃时刻对HCII燃烧与排放的影响

为提高均质混合气引燃(HCII)的效率并降低由于引燃柴油预混不充分产生的碳烟排放,在一台HCII原理性单缸机上,分别使用体积分数为0%、50%和100%的聚甲氧基二甲醚(PODE_n)/柴油混合燃料作为引燃燃料研究了在不同引燃燃料喷油时刻下HCII燃烧的燃烧、排放特性和热效率。结果表明:在1 200 r/min,0.3 MPa指示平均有效压力(IMEP)工况下,向引燃燃料中添加PODE_n能够明显降低碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)排放以及循环变动(COV),提高指示热效率,100%的PODE_n作为引燃燃料时HCII燃烧模式的指示热效率达到甚至超过柴油直喷模式;在1 600 r/min,0.6 MPa IMEP工况下,向引燃燃料中添加PODE_n能够明显降低排气光吸收系数,提高指示热效率。

NH_(3)-PODE_(3)双燃料发动机HCII燃烧特性的光学诊断

氨和聚甲氧基二甲醚(PODE_(n))是内燃机实现双碳目标的重要替代燃料,而双燃料燃烧模式是一种公认较有潜力的氨燃烧技术路线。该文围绕PODE_(n)引燃NH_(3)的双燃料燃烧模式,基于光学发动机和高速摄影系统,研究了NH_(3)-PODE_(3)方案均质混合气引燃(HCII)模式中不同PODE_(3)喷射时刻及不同氨能量占比对缸内燃烧图像及燃烧特性的影响。结果表明:PODE_(3)具有良好的引燃特性;随着PODE_(3)喷射时刻从曲轴转角(CA)-20°延迟到-5°,火焰图像面积、火焰亮度和放热率峰值均增加,缸内压力峰值先增加后降低;直喷(DI)喷射时刻为CA-10°时,随着氨能量占比增加,CA10和CA50的相位逐渐滞后,但压力与放热率峰值均先增加后降低,说明存在最佳的氨-PODE_(3)能量比。

降低压缩比改善HCII燃烧中高负荷特性的试验研究

均质混合气引燃(HCII)燃烧方法具有高效率低排放的特点,但是在中高负荷工况条件下,汽油比例受到粗暴燃烧的限制。本文采用降低压缩比方法以改善HCII中高负荷燃烧粗暴的问题,并在重型多缸柴油机上进行了试验验证。结果表明,将压缩比由18降为16能够有效控制发动机的最高燃烧压力,拓展汽油比例的范围,由此明显改善了HCII在中高负荷的燃烧和排放特性,尤其是碳烟排放的降幅在特定工况能够接近50%。本文研究结果对其他双燃料发动机也有一定参考价值。

喷射比对汽-柴油双燃料压燃发动机燃烧及微粒排放特性的影响研究

在一台车用高压共轨增压柴油机上,基于均质混合气引燃(HCII)燃烧模式,采用进气道喷射汽油、缸内两段直喷柴油的双燃料部分预混的燃烧策略,探究了喷射比对不同负荷下汽-柴油双燃料发动机的燃烧及排放的影响。结果表明:小负荷时,随着喷射比增加缸内压力和温度下降,燃烧恶化;中高负荷下较高的喷射比可以改善缸内燃烧过程,小幅度提高动力性和经济性;试验负荷下,随着喷射比的增加,NO x排放降低;双燃料发动机较原机拥有更优的微粒排放特性,且随着喷射比的增加效果更加明显。