柴油/汽油双燃料发动机排放性能的研究

本文使用实验方法研究了柴油/汽油双燃料发动机的排放及燃油经济性。试验结果表明,准均质燃烧方式(QHCCI)在保留柴油机良好的燃油经济性的前提下,可以大幅度降低NO_x和碳烟排放;在自然吸气状态下,试验样机的这两项指标都达到了欧洲Ⅱ号标准,但HC、CO排放有所提高。

柴油/汽油双燃料发动机粗暴现象的发生机理及控制措施

通过实验与模型计算 ,分析了柴油 /汽油双燃料发动机准均质燃烧过程中粗暴现象的发生机理 ,研究结果表明 :柴油 /汽油双燃料发动机出现工作粗暴的主要原因是均质混合气区放热率过大。实验结果表明 :减小柴油喷油提前角、增大汽油混合气的过量空气系数都能有效地降低缸内压力升高率 。

不同海拔下氢气/柴油双燃料发动机燃烧与排放特性研究

基于大气模拟综合测试系统,模拟0 m、1 000 m和2 000 m海拔的大气压,对不同海拔下氢气/柴油双燃料发动机燃烧与排放特性进行研究。研究结果表明:不同海拔下,随着氢气替代率增加,预混合燃烧增强,缸内燃烧速度加快,缸压峰值升高,其对应相位提前;碳烟和CO排放先下降后上升,NO_(x)排放增加,CO_(2)排放减少。随着海拔上升,过量空气系数减小,有效热效率降低。转速为1 600 r/min时,随着海拔高度升高,预混合燃烧减弱,发动机缸压峰值下降,其对应相位推迟;CO排放最低时,与0 m海拔比较,海拔上升至1 000 m、2 000 m,碳烟排放分别增加44.44%和127.78%,CO排放增加8.95%和16.86%,CO_(2)排放增加4.34%和16.86%,碳烟和CO_(2)排放增幅随海拔增加而上升。转速为3 000 r/min时,随着海拔高度上升,缸压峰值略有升高,缸压峰值对应相位提前,预混合燃烧增强;碳烟、NO_(x)、CO和CO_(2)排放升高,排放增幅随海拔升高而增大。与海拔0 m比较,当碳烟排放最低时,海拔上升至1 000 m、2 000 m,碳烟排放分别升高18.67%和56.04%,NO_(x)排放分别上升14.78%和38.40%,CO_(2)排放分别升高7.29%和15.80%;CO排放最低时,海拔上升至1 000 m、2 000 m,CO排放分别上升24.53%和62.87%。

EGR技术对生物柴油混合燃料发动机性能的影响研究

为缓解柴油掺烧生物柴油导致的NO_(x)排放过高问题,将4190ZLC船用中速柴油机作为试验台架,通过AVL_FIRE软件建立燃烧室模型,并验证该模型准确性。设置生物柴油掺混比0~40%等4组变量,EGR率0~12.5%等4组变量,进行柴油机燃烧、性能和排放分析。结果表明,掺烧适量生物柴油能够降低柴油机缸内温度,降低Soot排放,但同时会导致NO_(x)排放明显升高;EGR的引入能够实现低温燃烧,显著降低NO_(x)排放,但EGR率过高会增加Soot排放。生物柴油掺混比B40、EGR率12.5%组合NO排放比原机降低47.7%,Soot排放质量分数比原机降低98.13%。本文结果将为柴油掺混生物柴油燃烧并结合EGR技术提供一定的研究方向。

基于混合驱动的双燃料发动机燃烧模型的构建

为实现对处于长时间运行的双燃料发动机燃烧过程的实时映射和在线优化,将Wiebe方程与深度学习神经网络相结合,提出了基于混合驱动的生物柴油/柴油双燃料发动机零维(0-D)预测模型.首先通过鹈鹕算法(POA)对双Wiebe方程参数进行求解;然后利用卷积神经网络结合双向长短时记忆神经网络(CNN-Bi-LSTMNN)建立运行参数和Wiebe参数的参数辨识模型.将Wiebe方程与深度学习神经网络相结合对燃烧过程进行简化、重构,建立基于混合驱动的零维预测模型,进而可以正向求出缸内压力曲线和各种性能结果.结果表明:基于双Wiebe方程结合CNN-Bi-LSTM构建的双燃料发动机零维预测模型具有良好的预测精度和泛化性.模型的开发为双燃料发动机性能的在线评估和优化提供了可靠的数字模型支持.

氨柴双燃料高压缩比发动机柴油喷射策略优化

为了提高氨柴发动机的燃烧效率与热效率,研究了柴油喷射策略对燃烧与排放特性的影响。在一台6缸、压缩比21的氨柴发动机上,采用了进气道喷射氨并缸内2次喷射柴油的控制方法。用柴油第1次喷射来活化缸内热氛围,用第2次喷射来控制燃烧相位。结果表明:提前柴油第1次喷射时刻,可使氨柴模式的氮氧化物(NOx)排放减少30%;增加第1次喷射量有助于提高氨燃烧效率,并能减少85%的N2O和50%的CO排放。随第1次喷射量的增加,有效热效率先升高后降低。相比同压缩比下纯柴油模式,优化的氨柴双燃料模式的柴油喷射策略下,最高有效热效率提高1.2个百分点。因此,该文的优化柴油直喷策略,可节能和降低重型车辆的碳排放。

柴油/天然气双燃料发动机油气耦合分层燃烧

针对柴油/天然气反应活性控制压缩点火发动机低负荷热效率低、未燃CH_(4)和CO排放高等问题,本文提出了一种发动机双进气道双阀燃气独立喷射方法,通过三维CFD仿真,对比研究了双阀燃气喷射比例对缸内油气耦合分层、燃烧以及排放特性的影响规律。结果表明:双阀燃气喷射比例对缸内混合气形成和燃烧过程有重要影响,通过微量柴油分段喷射和调整双阀燃气喷射比例,缸内能够形成高低反应活性燃料的耦合分层,缸压和放热率峰值增加,峰值相位提前,燃烧持续期缩短,未燃CH_(4)和CO排放总体呈现下降趋势。当双阀中直管燃气喷射比例为80%时,不仅能够提高发动机热效率,并且可以在NO排放不增加的情况下实现CH_(4)和CO排放的同时降低。

汽油/柴油双燃料发动机的低速高负荷扩展

在一台改造的单缸发动机上开展了进气道喷射汽油、缸内直喷柴油的双燃料燃烧模式的低速高负荷扩展研究.结果表明:汽油/柴油双燃料发动机高负荷工况需配合高比例废气再循环(EGR),当采用原机相同工况的进气压力时,由于进气量不足抑制了高EGR率的应用,导致高NO_x排放.通过提高进气压力,稳定燃烧对应的柴油喷油时刻范围变宽,汽油比例上限提高,降低了燃烧控制的难度.但由于汽油/柴油双燃料发动机的汽油高度预混合特性及直喷柴油引起的局部不均匀性,导致缸内最大压力升高率(MPRR)及碳烟排放偏高,限制了其向更高负荷的扩展.在提高进气压力的同时,通过提高汽油比例及EGR率,实现了在限定条件下向更高负荷的扩展及燃油消耗率的降低.相比于原柴油机,汽油/柴油双燃料发动机高负荷扩展的受限因素由进气增压前的高NO_x排放转变为增压后的高压力升高率.

氨替代率对柴油发动机的燃烧及排放性能的仿真

内燃机引入氨燃料,有利于减少汽车污染物排放。该文研究了掺氨后的柴油发动机的燃烧品质以及污染物排放性能。针对某商用车柴油发动机,采用发动机缸内Converge仿真分析软件,建立三维仿真模型,分析掺氨能量比为0%~40%的5组燃料的燃烧及排放性能。结果表明:随着氨替代率的提高,发动机滞燃期有延长趋势,燃烧持续期先缩短后延长,缸内平均温度、缸压下降;CO、NO和碳烟排放显著降低,氨替代率为40%时,CO排放量降低了41.6%,NO排放量降低了68.7%,碳烟排放量降低了17.2%。因而,柴油发动机掺氨燃烧可有效降低排放水平,但需要控制氨能量比例在合理范围以防止燃烧恶化。

预燃室通道直径和形状对低速天然气双燃料发动机爆震的影响

基于三维数值仿真模拟研究了预燃室与主燃室之间通道直径及扩口型和缩口型等通道形状对发动机爆震的影响。研究结果表明:在爆震工况下,预燃室的通道直径越小则火焰射流冲击所引起的压力差越小,从而降低火焰面放热进一步产生的压力差增强效果,最终降低爆震强度。扩口型预燃室通道会减小初始压力差的强度,但是会产生火焰射流持续喷向主燃室的现象,该现象会持续增加压力差的强度,最终提高爆震强度。相反,缩口型预燃室通道可以减少这一现象的发生从而减轻爆震强度。

气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油/天然气双燃料发动机的研究

采用气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油 /天然气双燃料发动机方案 ,对斯太尔 WD6 15 .6 4增压非中冷柴油机进行了改装。试验结果表明 ,改装后的发动机 NOx、颗粒和 NMHC排放均达到了欧 排放指标。 CO和 HC(含甲烷 )可以通过后处理解决。

乙醇/生物柴油双燃料发动机燃烧过程与排放特性的研究

研究了气口预喷射乙醇、缸内直喷生物柴油双燃料系统的燃烧特性和排放特性。研究表明，随着乙醇预混合比的增加着火时刻推迟，峰值放热率增加。在较小的总当量比下，峰值放热率增加幅度不大，最大气缸压力和最高温度降低，放热结束时刻差别较小。在较大的当量比下，燃烧持续时间拉长；但随着乙醇比例的增加峰值放热率增加很快，放热结束时刻显著提前，最大压力升高率在预混合比例为20％-40％的某点达到极值，此时热效率最高。乙醇的加入使得HC和CO排放明显增加，但是却使得NOx和碳烟排放同时大幅度下降。在1800r／min的各种负荷下，NOx和碳烟排放相对纯生物柴油降低35％-85％。

增压中冷柴油-天然气双燃料发动机燃烧特性的实验研究

对天然气替代率、引燃柴油喷油时刻和中冷后进气温度等燃烧系统参数对增压中冷柴油 天然气双燃料发动机燃烧特性的影响进行了实验研究。研究结果表明:增压中冷柴油 天然气双燃料发动机的燃烧放热速率比纯柴油快,引燃柴油的着火时刻和缸内燃料空燃比值决定着双燃料发动机的燃烧特性,即着火时刻在上止点前且空燃比值较小时,其燃烧接近于定容燃烧过程,随着天然气替代率的升高,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度升高;而着火时刻在上止点后且空燃比值较大时,其燃烧接近于等压燃烧过程,随着天然气替代率升高,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低。最大爆发压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度随引燃柴油喷油提前角的增大而升高;而随着进气温度升高,最大爆发压力和缸内温度增大。

引燃柴油量和当量比对双燃料发动机低负荷燃烧的影响

定义了放热率曲线的"时序系数",以表征燃烧过程的时序特征.试验表明:引燃柴油量相同时,随着当量比增加,热效率先升高后降低;总碳氢(THC)排放降低;滞燃期延长;燃烧重心先接近上止点后远离上止点;第一放热率峰值先出现在燃烧始点附近,然后接近燃烧重心;第二放热率峰值逐渐与第一放热率峰值"合二为一",且两者均先升高后降低;"时序系数"增加,时序特征愈加不明显.当量比相同时,随着引燃柴油量增加,热效率升高;燃烧相位前移;放热速率加快.另外,随着引燃柴油量增加,在较低当量比时THC明显降低,但在较高当量比时却没有明显变化.

天然气/柴油双燃料发动机电控喷气技术研究

本文研制开发了天然气/柴油双燃料发动机的压缩天然气(CNG)电控喷气系统。试验表明,电控喷气可以明显改善双燃料发动机的燃料经济性和排放性能,提高发动机的热效率。合理选择喷射压力和喷射相位可有效地提高燃烧速度和燃烧稳定性。

柴油、天然气双燃料发动机的燃烧特性分析

研究了柴油、天然气双燃料发动机的燃烧特性 ,并着重分析了引燃柴油供给系统参数对双燃料发动机燃烧特性的影响。以试验为基础 ,首先简要比较了柴油、天然气双燃料发动机与柴油机的燃烧特性 ,并对比了负荷对双燃料发动机燃烧特性的影响 ,然后分析了最小循环喷油量、引燃柴油量、引燃油喷射压力、喷嘴参数及供油提前角等引燃柴油供给系统参数对最高爆发压力、燃烧放热率、着火开始时间、累积燃烧放热率等柴油、天然气双燃料发动机燃烧特性的影响 ,并在分析燃烧特性的基础上 。

生物制气-柴油双燃料发动机的燃烧噪声

燃烧噪声对发动机的噪声有重要影响,从时域和频域两个方面对生物制气-柴油双燃料发动机的燃烧噪声进行了综合评价,计算出燃烧总声压级,与纯柴油发动机的相关数据进行了比较,分析了不同的供油提前角、负荷和转速对燃烧噪声的影响.结果表明:燃烧噪声随负荷及转速变大而变大;在相同负荷下供油提前角变大其燃烧噪声变大,燃用生物制气双燃料发动机比燃用纯柴油的燃烧噪声低约A声压级3 dB.

甲醇/柴油双燃料发动机工作区域的试验研究

在TY1100单缸柴油机的进气管上安装了电控甲醇喷射装置,采用柴油引燃甲醇双燃料工作模式,开展了甲醇/柴油双燃料发动机工作区域的试验研究。结果表明:双燃料发动机存在由熄火界限、工作粗暴界限和碳烟排放界限三者组成的工作区域。在此区域内,甲醇/柴油双燃料发动机的万有特性曲线中最经济区域位于发动机中高转速和中高负荷区,且随着引燃柴油量的增加向发动机高转速区域移动。随着甲醇质量分数的增加,发动机NOx和碳烟排放可以同步降低。

氢-汽油双燃料发动机性能试验研究

介绍一种氢-汽油双燃料发动机,这种双燃料发动机装有余热制氢装置,可用甲醇制取氢并燃用氢与汽油混合燃料。作者对余热制氢装置及氢-汽油双燃料发动机的各项性能进行试验研究。试验结果表明,装有余热制氢装置的氢-汽油双燃料发动机功率和扭矩有所提高,外特性和负荷特性燃油消耗率下降5.3％～7.5％;怠速排放中CO和HC均有所减少。

引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置,采用柴油引燃甲醇方式,开展了引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性影响的研究．结果表明:在相同的平均有效压力和转速下,随着引燃油量的减少,双燃料燃烧的滞燃期延长,主燃期缩短,缸内气体最高爆发压力和最大压力升高率在高负荷时增加,放热率曲线第1峰值增大,第2峰值减小,表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少;高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近,燃烧等容度提高,燃油经济性改善;提高转速和增大供油提前角,最大放热率和最大压力均增加．