汽油均质混合气柴油引燃(HCII)燃烧特性的研究

为探索大幅度提高汽油机热效率的途径,采用了一种汽油均质混合气柴油引燃(HCII)的燃烧方式,结合发动机性能试验与可视化试验对HCII的燃烧特性进行了初步研究。研究结果表明:HCII燃烧方式的热效率显著高于汽油机,可以达到甚至超过柴油机的水平;在汽柴油质量比大于0.5时可保证无烟燃烧;随汽柴油比的增加,滞燃期增长,着火点位置由中心向周边拓展。

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。

汽油均质混合气柴油引燃低温燃烧的试验

在一台高压共轨柴油机上对汽油均质混合气柴油引燃(HCII)低温燃烧的燃烧特性、排放特性和热效率进行了研究.结果表明:随着进气道预混汽油比例增加,NO和碳烟排放同时显著降低,当汽油比例超过0.7并且用废气再循环方法实现低温燃烧时,NO排放低于15×10-6,碳烟排放几乎为0;随汽油比例增加,滞燃期增长,燃烧持续期缩短,最大压力升高率明显降低,指示热效率明显高于点燃式燃烧方式,达到甚至好于柴油压燃燃烧方式.随着着火相位推后,纯柴油的碳烟排放升高而NO排放降低,呈现trade-off关系.而汽油/柴油HCII模式的NO和Soot始终未出现trade-off关系.

丁醇均质混合气柴油引燃燃烧与排放特性研究

在一台高压共轨柴油机上对丁醇均质混合气柴油引燃(homogeneous charge induced ignition,HCII)的燃烧特性、排放特性和热效率进行了研究。研究结果表明:随着进气道预混丁醇比例的增加,NO和碳烟排放同时显著降低,结合废气再循环技术,丁醇比例超过0.7后可以实现低温燃烧,获得极低的NO和碳烟排放;随着丁醇比例的增加,滞燃期增长,燃烧持续期缩短,最大压力升高率明显降低;随着丁醇比例的增加,指示热效率达到甚至好于原柴油机的水平,提高了丁醇燃料的能量利用率。随着着火相位推后,丁醇/柴油HCII模式的NO和碳烟排放始终未出现折中关系。

甲醇均质混合气F-T柴油引燃发动机排放特性研究

针对F-T柴油和煤基甲醇在发动机中燃烧时的各自优势,在一台CY25TQ型柴油机上,研究了甲醇占能比及F-T柴油喷油时刻对甲醇均质混合气F-T柴油引燃燃烧方式下发动机排放特性的影响。试验结果表明:随甲醇占能比增加,碳烟和NOx排放明显下降,而THC,HCHO,CO排放上升;F-T柴油喷油时刻提前,CO和NOx排放上升,而碳烟,HCHO,THC排放呈先降低后升高趋势。

燃烧室和喷嘴对均质混合气形成的影响

利用KIVA3V程序模拟了柴油机早喷形成均质混合气的浓度场和温度场。模拟计算表明,利用早喷可以形成分层均质混合气;使用多孔喷嘴是混合气碰壁造成偏浓的主要原因,活塞形状对分层均质混合气的形成影响不大;使用单孔喷嘴垂直喷射,能形成理想的分层均质混合气,因为在气缸壁附近形成一层很稀的混合气,它将较浓混合气与气缸壁“隔离”起来,避免燃油碰壁。

TJ376Q二气门汽油机准均质稀混合气燃烧实验研究

本文对夏利TJ376Q汽油机进气系统进行了改造,大大提高了涡流和滚流比。强化空气运动的结果有利于组织燃料在缸内的浓度分布,从而为在二气门汽油机上实现稀薄燃烧打下基础;原发动机化油器式供油系统被改为电控气道内燃油喷射系统。在此基础上,采用了两次燃油喷射技术**。通过对这两次喷油时刻、喷油量的分别调节,在缸内形成精细分层的混合气即所谓准均质混合气,从而优化了油耗和排放指标,成功地在产品二气门汽油机上实现了稀薄燃烧。

柴油机准均质混合气形成的数值模拟

利用KIVA-3V模拟了一台单缸二冲程柴油机通过早喷形成准均质混合气的过程,分析了喷嘴的不同结构对缸内混合气浓度场和温度场的影响。模拟计算表明,利用早喷可以形成稀薄准均质混合气;燃烧室形状影响混合气浓度场和温度场。为使稀薄准均质混合气在缸内合理分布,在不改变活塞ω形状的条件下,使用单孔喷嘴能有效避免燃油碰壁的发生。

丁醇均质混合气与柴油的复合燃烧特性

在一台四缸轻型柴油机上增加一套低压共轨系统,实现了进气道丁醇喷射,研究了不同负荷、不同柴油替代率条件下丁醇均质混合气与柴油的复合燃烧特性.结果表明:丁醇均质混合气与柴油复合燃烧的放热率曲线呈双峰,第一峰是由于丁醇的自燃形成的,第二峰是由于柴油点燃丁醇均质混合气形成的.在丁醇均质混合气过量空气系数不变时,丁醇自燃的始点主要受到缸内气体状态的影响,自燃的放热量与丁醇的循环喷射量呈正相关.复合燃烧的快速燃烧期始点取决于柴油的着火时刻,与丁醇的比例关系不大;快速燃烧期的终点(放热率曲线的分离点)与柴油的循环喷射量呈正相关.丁醇预混合气与柴油复合燃烧的热效率随柴油替代率的增大而增大,且高于纯柴油燃烧模式.

柴油机均质混合气制备过程的数值模拟

针对复合式进排气系统燃油喷射混合新技术,对均质压燃(HCCI)柴油机的均质混合气制备过程进行了数值分析。建立了研究对象的物理模型和空气—燃油雾化混合的数学模型,对HCCI柴油机混合气形成过程特点与相关参数进行了详细的数值计算,并对复合式进排气系统内柴油喷雾蒸发和混合气形成过程以及影响因素进行了分析。数值研究表明,提出的复合进排气系统燃油喷射混合气制备技术能有效形成较均匀的预混合气,对进一步开发HCCI柴油机具有指导意义。

柴油机HCCI燃烧的均质混合气制备

介绍了均质充量压缩着火 (HCCI)燃烧的概念、优缺点及其良好的发展前途与当前面临的困难。分析了HCCI混合气制备的重要性 ,总结了柴油机HCCI混合气制备的典型方法和成功经验 ,并分析了混合气制备对HCCI燃烧排放、着火相位的控制以及功率输出的影响 。

均质充量压燃式发动机柴油混合气制备方法的研究

研究了一种新概念发动机—均质充量压燃式(HCCI)发动机。其气缸内燃烧温度低而均匀,产生的氮氧化物(NOX)非常低,其碳烟(PM)排放也很低,兼有高效率和低污染的优点。尽管均质充量压燃式发动机具有很大优点,但均质混合气的制备是阻碍其实用化的关键问题之一。为此,在总结前人研究成果的基础上,设计开发了一种用于HCCI发动机的液体燃料均质混合气制备方法。该方法是利用发动机排出废气的热量和进、排气管的复合结构实现的。

汽油和柴油混合燃料均质压燃(HCCI)的试验研究

汽油和柴油这两种不同特性的燃料被用作HCCI发动机的燃料。汽油具有高挥发性、易雾化和易于形成混合气的特性,被用来形成均质混合气;柴油具有良好的着火性和可燃性,被用来控制自燃和限制爆震燃烧。期望这两种特性不同而又相互补充的燃料混合后能够达到一个折衷的HCCI的燃烧性能。试验在一个专用于HCCI研究的单缸发动机上实施,采用两种中等的压缩比(10．4和15)和两种HCCI模式(进气加热和负气门叠开),试验结果证实了这种期望。结果是:随着混合燃料中柴油比例的增加,对于进气加热模式,HC- CI能稳定工作所需要的进气温度有所降低,对于负气门叠开模式,缸内平均指示压力和过量空气系数的范围有所扩展,并且两种方式下HC和NOx的排放均有所减少。

汽油机均质充气压缩点火燃烧过程的混合气形成

高效驱动动力学是BMW公司开发动力总成的指导思想,除了持续不断地改进动力总成之外,开发工作还致力于提高燃烧过程的效率,而均质充气压缩点火燃烧过程已为未来的动力总成提高效率和减少有害物排放提供了可能性。

进气温度对乙醇均质压燃过程的影响

论述了利用速压机进行的进气温度对乙醇均质压燃性能影响的研究,混合气进气温度的提高将促使燃烧始点提前;随着进气温度的提高,最高燃烧爆发压力提高,最高爆发压力产生的时间提前;进气温度的提高也引起了燃烧过程压力升高率增大,最大压力升高率的时间提前;进气温度越高放热量曲线越陡,达到最大放热量所用的时间也越短,最大放热量也越高;混合气温度的升高也带来了最高放热率增大的效果;此外,随着混合气进气温度升高,燃烧最高温度也相应提高.

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。

燃料油膜蒸发特性与混合气形成边界条件的研究

采用热重分析法对几种典型燃料油膜的蒸发特性进行研究,结果表明:燃料物性和油膜厚度对其蒸发特性影响很大;壁面油膜厚度与壁面温度是控制油膜蒸发形成均质混合气的关键;以油膜蒸发方式制备柴油均质混合气时,对应(200～600)μm的油膜厚度,如蒸发率要达到30%～50%,壁面温度应为(150～180)℃,而汽油只需(40～60)℃;若蒸发率达到95%,则柴油所需壁面温度为(200～250)℃,汽油所需为(50～100)℃;从燃料改性设计制备均质混合气的角度出发,需提高柴油100℃以下的蒸发特性.

液化石油气直喷发动机混合气形成的解析

利用LPG易蒸发汽化的燃料特性,提出一种使用喷嘴中心布置的屋脊型燃烧室和平顶活塞的LPG直喷发动机均质混合气形成方法.为了验证该方法的可行性,使用CFD工具研究采用该方法时缸内混合气的形成过程,分析燃料喷射起始时刻和负荷对混合气形成过程的影响.结果表明：大负荷时形成的进气滚流和小负荷形成的进气斜涡流在压缩过程末期破碎成小尺度湍流,加速了缸内均质混合气的形成;即使负荷不同,采用进气过程前期（60~80°CA ATDC）喷射,均可在压缩过程接近终了时形成较均匀的可燃混合气.

天然气发动机混合气形成与燃烧特点及性能评述

本文根据天然气发动机混合气的形成特点,把天然气发动机分为预混合燃烧型和非均质扩散燃烧型,并分析了这两种天然气发动机的技术特点、燃烧特点与排放等性能。本文重点介绍了实现非均质扩散燃烧的不同型式高压缸内直喷天然气发动机技术及其性能特点,最后提出非均质扩散燃烧天然气发动机技术需要研究的相关问题。

增程式电动汽车用二冲程LPG直喷发动机混合气形成过程的数值解析

利用LPG携带和存储方便、易于蒸发汽化的燃料特性,选定二冲程LPG直喷发动机作为轻型电动汽车在增程模式下发电机组的动力源。在验证计算方法的可行性后,使用Fire V2011软件,优化不同工况时燃料的喷射开始时刻,并进一步数值解析在选定的不同LPG喷射开始时刻、不同转角时的缸内混合气速度场和浓度场。结果表明:无论是启动、暖机工况(2 000 r/min),还是发电机组工况(4 800、6 000 r/min),在排气口关闭(73℃A ABDC)时,新鲜混合气被锁定在气缸内,并且在相应的火花塞点火时刻,缸内都会形成较理想的均质理论混合气。