预混合压燃式天然气发动机燃烧性能的初步试验研究

对影响单一燃料天然气发动机压缩着火运转范围和排放特性的相关因素进行了试验研究.设计开发的新型燃烧系统采用球形涡流室式燃烧室配以电控天然气复合供气系统,通过台架试验,研究了不同的天然气供气方式、涡流室结构参数、进气空气加热温度及陶瓷电热塞温度对着火燃烧及排放的影响.试验结果表明,天然气低压进气道供气方式有利于天然气的压缩着火;在一定范围内适当增加涡流室与主室通道尺寸,有利于缓解预混合压燃的敲缸现象;辅助加热温度受到敲缸与部分燃烧现象的制约,应当精确控制.

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。

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。

一种全新的发动机燃烧方式-均质压燃

论述了均质压燃（HCCI）的特点，详细分析了其开发应用中的难点问题及其未来应用前景，并探讨了在我国开展HCCI研究工作的必要性和方案。

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。

预混合压燃式天然气发动机燃烧系统设计与试验研究

对影响预混合压缩着火天然气发动机运转范围和排放特性的相关因素进行了试验研究。开发的新型燃烧系统采用球形涡流室式燃烧室配合以电控天然气复合供气系统,通过台架试验研究了不同的天然气供气方式、涡流室结构参数、进气空气加热温度及陶瓷电热塞温度对着火燃烧及排放的影响。试验结果表明：天然气低压进气道供气方式有利于天然气的压缩着火,在一定范围内适当减小通道直径有利于形成分层燃烧,而辅助加热温度受到敲缸与部分燃烧现象的制约应精确控制。

辛烷值和预混合率对双燃料发动机SCCI燃烧与爆震的影响

对参比燃料/柴油双燃料SCCI(Stratified Charge Compression Ignition,SCCI)燃烧进行了试验研究.分析了预喷燃料辛烷值以及预混合率对双燃料SCCI燃烧特性的影响.研究了各当量比Φ下双燃料SCCI的最高压力和最大压力升高率,提出可以在限制爆震的前提下,通过优化预喷燃料的辛烷值及预混合率实现高效清洁的SCCI燃烧,并可将发动机负荷范围大大拓展.结果表明:在中低负荷区域(Φ<0.481),低辛烷值预喷燃料可以提供良好的着火稳定性;而在高负荷区域(Φ>0.561),高辛烷值预喷燃料可以避免爆震并且保持较高的热效率.

柴油引燃预混合天然气实现准均质压燃着火燃烧方式的理论研究

通过重新构建引燃油着火模型和双燃料燃烧模型,对在不同当量比情况下,引燃油雾化、蒸发与着火的特点及对燃烧过程的影响进行了较深入的理论研究,提出了柴油引燃预混合天然气实现准均质压燃着火的引燃油喷油特性。

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。

压燃式天然气发动机的技术现状及展望

综述了近几年国外在天然气压缩燃烧方面的研究成果 ,分别从燃烧系统组成、燃烧性能、优点、存在问题等方面对均质混合压缩燃烧和非均质混合压缩燃烧两种方式天然气发动机进行了分析 ,在此基础上展望了各种形式的压燃天然气发动机的应用前景。

乙醇汽油混合燃料直喷均质压燃爆震模型和试验研究

为研究直接喷射(DI)式均质压燃(HCCI)爆震特性,进行了台架试验。改造了一台传统双缸柴油机的供油系统、点火系统、进排气机构,使其具有缸内直喷乙醇汽油混合燃料HCCI燃烧模式。根据该发动机台架的特点与缸压信号特征,建立了描述乙醇汽油HCCI燃烧的爆震模型,从模型中提取了爆震强度(KI),并进行了试验测量。结果表明:随乙醇在混合燃料中体积分数的升高,平均KI和爆震概率均有降低,爆震始点推后;爆震工况的当量比范围变窄,爆震工况上下边界互相靠拢。该结果有利于提出更合理的发动机喷射控制策略。

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。

甲醇均质压燃与混合气温度的关系

利用多功能燃烧弹进行了混合气温度对甲醇均质压燃性能影响的研究,混合气温度作为燃烧的重要边界条件之一,直接影响到燃烧始点、燃烧压力、压力升高率、放热量、放热率以及燃烧持续期等.在90℃至130℃范围内,随着混合气温度升高,着火时刻提前,其变化梯度约为1.2 ms/℃.在90℃、110℃和130℃3个试验温度下,最高爆发压力出现的时间相差25 ms和28 ms;同时温度的提高也引起了压力升高率增大,最大压力升高率依次为0.53 MPa/ms、0.64 MPa/ms和0.77 MPa/ms.而且随温度的增加放热量曲线变陡,达到最大放热量所用的时间分别为11 ms、7.4 ms和5.3 ms;最高放热率随温度提高而增大,分别增大为140%和49%;燃烧持续期随混合气温度升高而缩短,这一规律随着混合气浓度的增加而更加明显.

混合燃料添加剂对均质压燃燃烧影响的试验研究

以一台4缸柴油机为原机,在改造过的第4缸进行均质压燃(HCCI)燃烧试验,研究了混合添加剂对HCCI燃烧过程的影响。试验结果分析表明,在不同发动机转速、HCCI稳定燃烧工况下,混和添加剂均优于单一添加剂,即混合添加剂使得着火和放热提前,燃烧放热率峰值升高,并且发动机转速越高,混合添加剂对HCCI的燃烧影响越明显。此外,混和添加剂有助于改善高转速下HCCI发动机的失火,使得发动机在实验转速下工作平稳。

压缩比和EGR对自由活塞发动机HCCI爆震燃烧的影响

基于AVL FIRE仿真平台建立了液压自由活塞发动机气缸的三维仿真模型,使用大涡模拟（large eddy simulation,LES）耦合甲醇的详细化学反应动力学机理研究了压缩比和废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）率对均质压燃（homogeneous charge compression ignition,HCCI）爆震燃烧过程的影响。结果表明：甲醇的HCCI燃烧需要一定的进气加热;随着压缩比的提高,最小进气温度逐渐降低,缸内的最高燃烧温度、最大爆发压力和爆震强度均明显增加;在高压缩比工况下引入EGR时可以降低爆震强度,但EGR率较小时效果并不明显,因此需要较大的EGR率来抑制爆震;最后,对压力振荡曲线的频谱特性进行了分析,发现爆震燃烧时压力振荡的峰值频率位于10~15 k Hz区间内。

汽油/柴油混合燃料发动机小负荷工况的燃烧及排放特性仿真研究

针对汽油/柴油混合燃料发动机,在均质压燃(HCCI)模式,利用缸径100 mm单缸柴油机,控制喷油量在每循环9.4 mg,转速在2 000 r/min,进气压力在0.2 MPa时,选取不同汽油/柴油比例掺烧、在不同喷油时刻进行数值模拟研究,结果表明,汽油/柴油混合燃料随汽油比例增大,喷油时刻提前,缸内平均压力呈先增后减,燃料燃烧速度先减后增,缸内平均温度呈上升趋势,喷油时刻提前,可大幅度降低CO,NO,喷油时刻在止点后-30°曲轴转角(CA)到-40°CA之间时,增大汽油比例能有效降低碳烟(Soot);G50燃料会随喷油时刻提前,燃油混合气雾化效果变好,CO,NO会进一步降低,而Soot排放呈先减后增规律,整体排放降低的最优喷油时刻在上止点后-35°CA。

水蒸气对微型氢气HCCI自由活塞发动机燃烧和NOx排放特性的研究

为了解决微型均质压燃自由活塞发动机燃烧温度和压力过高、尾气排放氮氧化物浓度高的问题,采用数值模拟的方法,建立微型均质压燃自由活塞发动机的数值模型,并通过与试验结果的对比验证模型的正确性。在此模型基础上,以水蒸气为稀释剂,研究燃料稀释和进气稀释对微型氢气均质压燃自由活塞发动机燃烧和氮氧化物排放特性的影响。研究结果表明:水蒸气的存在会延迟着火时间;在燃料稀释方式下,当稀释率由0增加至0.1时,最高燃烧温度降低145 K,最高压力降低1 MPa,氮氧化物排放浓度降低69%,但同时平均有效指示压力下降了0.11 MPa;而在进气稀释方式下,最高燃烧温度和氮氧化物排放下降的幅度较小,且最高燃烧压力呈现先增加后减少的趋势。因此,在降低燃烧温度、压力和氮氧化物排放方面,燃料稀释的效果较好,但发动机的做功能力会随燃料稀释率的增大而降低。

氢气对天然气均质混合燃烧影响的机理分析

为了研究氢气参与天然气(本文以甲烷为例展开分析)燃烧过程中的机理,利用CHEMKIN中的0-D单区模型,对不同氢气摩尔体积含量的甲烷燃烧进行模拟,分析了不同氢气含量下,在不同的空燃比下的燃烧机理,结果显示随着氢气含量的升高,燃烧速率加快,缸内峰压在浓混合气时稍有下降,在较稀混合气时升高明显;对比加氢前后的化学动力学数据,得出甲烷的主要消耗路径取决于OH,加氢前的OH的产生主要依赖于HO_(2),而加氢后OH的产生途径多,且生成速率快;以含氢30%时为例,缸内温度升高明显,甲烷主要消耗路径反应速率比无氢时高出5.8×10^(4)倍。

液压自由活塞发动机中HCCI燃烧优化的试验研究

使用液压自由活塞发动机(HFPE)进行试验,研究了正庚烷在均质压燃(HCCI)燃烧过程中,当量比与压缩比对低温反应始点、高温反应始点、两阶段放热量比例及指示效率的影响。研究结果表明:压缩比一定时,混合气当量比越低,低温反应始点越提前,高温反应始点越推迟,同时低温反应释放热量与高温反应释放热量的比例越高;当量比一定时,压缩比越大,低温反应始点与高温反应始点均提前,同时低温反应释放热量与高温反应释放热量比例越低;当量比从0.30增大到0.40的过程中,最大指示热效率有略微减小的趋势,其中最大值与最小值相差为3.0%;当量比一定时,存在一个效率最高的压缩比,压缩比过低或过高都会影响热功转化效率的提高。