生物柴油掺氨对均质压燃发动机燃烧及排放性能的影响

为提升燃料的综合燃烧品质和性能,进一步降低有害物质排放和缓解温室效应,以燃烧动力学和化学反应机制作为理论基础,采用Chemkin软件将生物柴油替代物和氨气充分融合,模拟并计算氨气掺混比例分别为0、5%、10%、15%、20%的5组燃料在均质压燃发动机模式下燃烧和排放指标的数值,对比分析得到不同掺混比例对发动机燃烧和排放的影响和变化规律。结果表明:随着氨气掺混比例增加,燃料的点火滞燃期有所缩短,缸内燃烧最高温度升高,排温降低;排放方面,NOx的排放升高,CO_(2)、CO和总碳氢化合物(THC)的排放均明显降低;生物柴油掺混氨气的最佳比例为20%,此时发动机功率下降12百分点,NO的单位功率排放升高了0.003 kW^(-1),而CO_(2)和THC的单位功率排放分别降低了0.01 kW^(-1)和0.0013 kW^(-1)。综上,生物柴油掺混氨气后改善了燃烧性能,降低了排放量,具有良好的应用前景。

新的发动机燃烧方式——均质充量压燃燃烧(HCCI)

在往复式发动机中,除了火花点燃式燃烧和柴油压燃燃烧的运转方式外还有第3种运转方式,即均质充量压燃燃烧(HCCI)。HCCI模式发动机的运转情况被认为是高效和稳定的。在部分负荷工况下可以大幅度降低NOx的排放。把HCCI燃烧应用到发动机方面尽管仍有一些困难,但HCCI燃烧方式表明在发动机应用的巨大潜力。本文将阐述HCCI与传统发动机燃烧方式的不同及其未来的展望。

辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性和性能的影响

通过不同比例的正庚烷和异辛烷混合得到不同辛烷值的混合燃料,在一台单缸直喷式柴油机上研究燃料辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性、性能和排放特性的影响.研究结果表明,燃料辛烷值增加,着火始点推迟,燃烧反应速率降低,缸内爆发压力降低.燃料辛烷值增高,均质压燃向大负荷工况拓宽,燃料辛烷值较高时,存在极限转速,辛烷值增加,极限转速降低.对于每一工况,存在一个最佳经济性的燃料辛烷值,负荷增大,最佳辛烷值增高;随着燃料辛烷值增高,发动机NO、HC和CO排放增加,尤其是HC排放增加更为明显.对于均质压燃发动机,低负荷工况适合燃用低辛烷值燃料,高负荷工况适合燃用高辛烷值燃料.

DME/CNG双燃料均质压燃发动机性能试验研究

研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃发动机性能和排放特性.结果表明,采用高十六烷值燃料二甲基醚和高辛烷值燃料天然气,可以拓宽均质压燃的运行工况范围.均质压燃发动机在中等负荷工况,热效率比传统压燃式发动机高.小负荷工况,采用二甲醚和大比例EGR方案可以提高热效率.和传统压燃式或点燃式发动机不同,均质压燃发动机的着火始点对经济性影响不大.均质压燃发动机的NOx排放极低,比原机降低95%以上.随着二甲基醚浓度增加,NOx排放增加,HC和CO排放降低;接近爆震燃烧区域,NOx排放急剧升高,而接近稀燃极限区域,HC和CO排放急剧升高,发动机热效率降低.

二甲醚均质充量压燃发动机燃烧特性试验研究

通过改造一台压缩比为16 . 5的2 - 135柴油机,在其上实现DME的HCCI燃烧方式。试验结果表明,DMEHCCI发动机不但可以实现无烟燃烧,而且可以有效控制发动机NOx排放,使其接近0排放。在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷变化不大。

催化燃烧对均质压燃发动机排放影响的数值模拟

通过耦合DETCHEM软件包及CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对活塞顶涂有催化剂的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程进行了数值计算,建立了多区模型.利用此模型分析了催化燃烧对HCCI发动机缸内温度、热释放速率以及未燃碳氢化合物(UHC)、氮氧化合物(NOx)、一氧化碳(CO)排放的影响,结果表明催化燃烧能降低UHC、CO的排放,但NOx的排放会有所升高.对不同催化剂及混合催化剂对HCCI发动机缸内温度、热释放速率以及UHC、NOx、CO排放的影响进行了探索,结果表明,和金属铂相比,以铑作催化剂时UHC的排放降低,但NOx、CO排放会有所升高;采用500/0Pt-500/0Rh的混合催化剂时,UHC、NOx的排放介于1000/0Pt与1000/0Rh之间,但CO的排放却比采用1000/0Pt与1000/0Rh时都要低.

二甲醚均质压燃发动机燃烧特性的研究(英文)

二甲醚均质压燃发动机由一台单缸柴油机改造而成,其压缩比为10.7。二甲醚气体随进气进入气缸,形成均质混合气。通过试验采集分析缸内压力,结果表明二甲醚均质压燃燃烧是一个两阶段放热过程,分别发生在610K和900K左右。第一阶段放热量较少,约占10%,正常情况下第二阶段集中在上止点附近,释放出70%以上的燃料热量。发动机负荷对最大缸压力及其出现位置、压力升高率和放热率曲线形状等都有重要影响,而发动机转速对它们的影响比较小。

柴油均质压燃发动机的循环模拟研究

建立了一个柴油均质压燃发动机的零维循环计算模型,用基元反应机理和感应时间(EMIT)模型预测着火正时,用拟合的对数正态分布函数计算不同工况的放热率。与试验的对比表明,模型能够比较准确地预测不同工况柴油均质压燃发动机的工作性能。用建立的模型分析了配气定时对柴油均质压燃燃烧过程的影响,计算表明配气定时可以控制均质压燃燃烧的运行工况范围。

废气再循环与燃料辛烷值对均质压燃发动机性能和排放影响的试验研究

在一台单缸直喷式柴油机上研究了废气再循环(EGR)对不同辛烷值燃料均质压燃(HCCI)发动机性能和排放特性的影响。结果表明,混合气较稀,EGR对指示热效率影响较小,其影响和燃料辛烷值有关;混合气变浓,EGR对指示热效率的影响增大。不同辛烷值燃料最高指示热效率出现在高EGR率、混合气较浓的区域,并且靠近爆震燃烧边界,辛烷值为60的燃料最高指示热效率最高,并且覆盖的工况区域最宽。高EGR率区域,EGR对HC排放的影响十分明显,EGR率升高,HC排放急剧增大,而且随着燃料辛烷值增大,这种趋势越明显;CO排放与缸内燃烧温度有较大的相关性,EGR率升高,CO排放升高。NOx排放出现急剧升高的“拐点”是判断HCCI爆震燃烧的一个重要判据,EGR率增大,“拐点”出现的混合气浓度增大,在正常工作范围内,NOx排放极低,EGR对NOx排放几乎没有影响。

催化燃烧中表面反应-气相反应间相互作用及其对均质压燃发动机着火特性的影响

通过对微元管中甲烷在铂表面的催化燃烧过程的数值计算,分析了当混合气入口压力很高时气相反应对整个催化燃烧过程的影响;通过敏感度分析,找出了对异相着火及气相着火起主要作用的基元反应步.结果表明,在异相着火过程中起主要作用的基元反应步为甲烷与氧气在催化剂表面的吸附反应及氧气的解吸反应,在气相着火过程中起主要作用的基元反应步为OH·及水的吸附与解吸反应.对活塞顶涂有铂催化剂的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程进行了数值模拟,分析了催化效应及关键表面反应基元步对HCCI发动机着火时刻以及燃烧过程中中间组分的影响,结果表明,催化反应能促进混合气的着火,缩短着火延迟时间,对HCCI发动机着火时刻起主要影响的表面反应为OH·及水的吸附与解吸反应.

二甲醚均质充量压燃发动机排放特性的试验研究

试验研究了压缩比为10 7的二甲醚均质充量压缩点燃燃烧发动机的排放特性。试验结果表明,采用DMEHCCI燃烧方式可以有效控制发动机的氮氧化合物排放,使其接近于零,实现无烟燃烧。在一定的负荷范围内,发动机的碳氢和一氧化碳排放与柴油机相当;低负荷时混合气过稀,则碳氢和一氧化碳排放偏高,而高负荷混合气过浓时,又有可能导致敲缸。发动机稳定运转的条件是一定的空燃比必须对应一定的发动机转速和负荷。

最大扭矩转速下天然气发动机准均质压燃特性的研究

由少量柴油引燃均匀天然气混合气,该种燃烧接近均质压燃燃烧过程,故可认为是准均质压燃过程。在发动机的最大扭矩转速下负荷特性的燃烧过程及排放物生成规律如何发展变化、具有何种特点,通过发动机缸内分析以及相应工况的排放测试,对发动机的各工况燃烧特性及对排放物生成的影响进行了研究。

均质压燃发动机燃烧特性的详细反应动力学模拟

应用CHEMKIN化学动力学软件包中的SENKIN模块模拟了正庚烷在HCCI发动机中的燃烧过程。通过修改SENKIN程序 ,加入了Woschni传热模型 ,并在正庚烷详细氧化机理中加入氮氧化物的生成机理 ,将此程序纳入发动机燃烧的零维单区模型。对多种工况参数下的HCCI燃烧和NOx排放进行了系统的计算 ,并分别讨论了进气温度、进气压力、压缩比。

均质压燃发动机研究开发新进展

介绍了HCCI燃烧节能和降排放的潜力及其产业化关键技术问题;阐述了HCCI发动机稳态工况下的着火燃烧控制方法、瞬态运行控制方法和数值模拟等方面的最新研究进展。可以看出,目前国际上HCCI产业化研究主要集中在汽油机和柴油机HCCI燃烧控制方面,包括燃烧诊断、燃烧模式切换和瞬态工况过渡。缸内直喷多段喷射是HCCI燃烧在车用发动机上应用更有前途和更具可行性的方式。HCCI发动机产业化进程将取决于快速可变配气系统和高质量燃油喷射系统等技术的进一步成熟和产业化成本。

均质压燃发动机燃烧与排放的多区模型模拟

应用一个有质量交换的6区模型模拟正庚烷在HCCI发动机中的燃烧和排放特性.通过把缸内划分为缝隙区、边界层区、外核心区和内核心区,加入Woschni传热模型计入了缸内的温度和浓度的不均匀分布.全部计算基于正庚烷燃烧的包含57种组分290个反应的详细机理,结果表明,该多区模型合理地模拟了HCCI发动机的燃烧过程,并可满意地预测出HC、CO和NO的排放.最后采用此多区模型分别讨论了缝隙容积、边界层厚度和壁面温度对HCCI发动机的燃烧和排放的影响.

缸内直喷参数对复合均质压燃发动机排放特性的影响

为了提高内燃机的热效率、降低排放,在一台由柴油机改造的均质压燃发动机上开展了正丁醇/正庚烷复合均质压燃试验。分别研究了缸内直喷时刻、直喷压力、直喷量及进气温度对发动机排放的影响,并对复合均质压燃模式下发动机的运行范围进行了对比分析。结果表明:随缸内直喷时刻推迟,CO和HC的排放先增加后减小再增加;随缸内直喷压力升高,CO的排放先升高后降低,HC的排放略有升高趋势;随总体混合气逐渐变浓CO的排放总体上有所降低,HC呈现先增后减的趋势;随进气温度不断升高HC与CO的排放均呈明显的下降趋势;NOx的排放总体处于较低水平。存在最优的直喷参数值,即φin=340°CA,pinject=6 MPa,λt=1.15,使得排放与热效率相对平衡且均获得优化。在复合均质压燃燃烧模式下,发动机运行范围得到了较为明显的拓展。

降低均质压燃发动机碳氢排放的一种新方法

将发动机多维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKINⅢ及DETCHEM相耦合,模拟了缝隙区催化燃烧对HCCI发动机排放特性的影响。利用此模型分析了活塞冠侧面催化剂铂涂层对HCCI发动机缸内温度场及HC浓度场的影响,结果表明当活塞冠侧面存在催化剂时,与缸内无催化燃烧相比,HC、CO的排放得到很大程度降低,但NO_x的排放将略有升高.

双燃料火花点火辅助均质压燃发动机燃烧与排放特性试验

在一台汽油-正庚烷双燃料均质压燃(HCCI)发动机上,研究了点火时刻对点火辅助HCCI燃烧与排放的影响.结果表明,火花点火对燃烧的影响程度与燃料的性质是密切相关的.燃料中汽油的含量越高,火花点火在控制HCCI燃烧、减小循环变动、提高热效率和降低排放等方面的效果越明显.此外,点火时刻对HCCI燃烧的影响是与燃烧阶段相关.点火时刻在高温反应阶段,可以降低碳氢化合物(HC)排放、减少循环变动以及同时提高HCCI燃烧指示热效率;点火时刻在低温反应阶段可以造成一氧化碳(CO)排放的增加.

CO_2改善均质压燃发动机高负荷爆燃的试验

针对均质压燃(HCCI)发动机高负荷易爆燃的问题,在一台改造过的柴油机上加装CO2引入装置,进行HCCI燃烧试验。结果表明,引入高体积分数的CO2能够有效抑制HCCI发动机的爆燃并拓宽高负荷的工况范围,但随CO2体积分数增大,发动机低负荷失火可能性增加,综合对燃烧边界和负荷范围的影响,CO2体积分数应控制在1%左右。

气缸壁涂加催化剂对均质压燃发动机燃烧特性的影响

通过修改CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对气缸壁涂有催化剂的HCCI燃烧过程进行了数值计算。对比分析了缸内催化燃烧对HCCI发动机的着火时刻及NOx排放的影响;讨论了当气缸壁涂有催化剂时进气温度、进气压力、压缩比、过量空气系数及催化剂种类等多种工况参数对HCCI燃烧特性的影响。