燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机碳烟排放的影响

为研究燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机混合气的形成,温度分布和碳烟排放的影响,应用KIVA-3V程序对不同几何形状的燃烧室内的燃烧和碳烟排放进行三维数值模拟。计算结果表明:燃烧室的形状对柴油-甲醇双燃料发动机的燃烧过程有着重要影响,缩口燃烧室能够产生较大的旋涡,这有利于混合气的形成,可以进一步加速扩散燃烧,产生较低的碳烟排放。直口燃烧室基本不能够产生旋涡,碳烟排放较高。

基于MAP图运行的柴油-甲醇双燃料发动机研究

在一台单缸涡流式柴油机上进行了基于MAP图运行的柴油/甲醇双燃料电控喷射系统的研究开发,加装了一套进气道单点喷射甲醇燃料控制系统。利用柴油高压油管信号作为喷油始点控制信号,利用油门位置传感器控制喷射量,以燃油经济性和排放性指标来标定工况最佳喷射点,绘制成甲醇喷射量MAP图。对开阀喷射和闭阀喷射条件下的柴油机排放性能进行了对比。采用开发的喷射系统实现了柴油甲醇双燃料的预混燃烧。试验结果表明,该方案有更好的燃油经济性和NOx排放性能。

中速柴油-甲醇双燃料发动机试验

在未对原机燃油系统进行改动的情况下,为一台中速柴油机加装甲醇喷射装置,组成柴油-甲醇双燃料系统。分析该发动机在变速和恒速工况下的甲醇替代特性,以及个别工况下喷油正时对上述特性的影响。试验结果显示:随着甲醇替代率的提高,NO_X排放和热效率会出现拐点;发动机HC排放的增长在低负荷时可控制在原机的2.3倍,在中高负荷时普遍在原机的10倍以上,最大时达22.4倍;推迟喷油对热效率的负面影响会随着甲醇替代率的提高而逐步减少,同时其在NOX排放方面的优势能继续保持;在恒速发电工况下,中低负荷对应的甲醇的部分燃烧倾向增加,使得甲醇替代率的提高受到限制;变速变载的运用方式有助于柴油-甲醇双燃料系统在中低负荷下取得更高的热效率,而恒速变载的运用方式有助于双燃料系统更易获得较少的NOX排放。

预喷油量对甲醇-柴油双燃料发动机燃烧特性影响试验

【目的】通过一台高压共轨直列四缸柴油发动机改造的甲醇-柴油双燃料发动机进行试验,研究预喷油量对甲醇-柴油发动机燃烧特性的影响。【方法】选取1800r/min,30%和70%负荷,20%~40%掺烧比工况,调节不同预喷油量,采集各个仪器的实时数据,分析缸内平均压力、压力升高率、瞬时放热率、滞燃期和平均温度随预喷油量的变化。【结果】30%负荷,CCR超过30%,预喷量增大,主喷滞燃期延长,主喷燃烧阶段前期受柴油雾场燃烧主导,此负荷下引入预喷能有效改善发动机工作噪声,但预喷量的影响不高;70%负荷,CCR超过30%,预喷量的增大,主喷滞燃期明显缩短,主喷燃烧阶段前期受甲醇-空气均质压燃主导。【结论】30%和70%负荷,大掺烧比的工况尽量不采用预喷或采用较小的预喷柴油量来降低NOx的排放。

基于爆震的甲醇-柴油双燃料发动机掺烧比边界研究

【目的】以一台电控共轨六缸柴油机改造的发动机为试验对象,以发生爆震为限制条件,研究甲醇-柴油双燃料燃烧下的掺烧比边界.【方法】通过对滞燃期变化的分析,发现甲醇-空气预混气发生均质压燃是甲醇-柴油双燃料燃烧爆震的重要诱因;利用回归分析,发现进气压力、排气温度及甲醇-空气预混气浓度对掺烧比边界有显著性影响.【结果】以边界掺烧比为因变量,得到排气温度及甲醇-空气预混气过量空气系数为自变量的线性模型,边界掺烧比=-0.1×排气温度-4.48×空气与甲醇预混气过量空气系数+101.897.【结论】甲醇-柴油双燃料发动机可利用排气温度、空气与甲醇预混气过量空气系数两个参数预测最大掺烧比,以实现掺烧比随工况的实时调整.

预喷正时对甲醇-柴油双燃料发动机超细颗粒物和NO_(x)排放的影响

为探究预喷正时对甲醇-柴油双燃料发动机超细颗粒物和NOx排放的影响,通过优化甲醇-柴油双燃料技术,以减少污染物排放。将一台电控共轨柴油机改造的双燃料发动机作为试验对象,在1800 r/min,30%、70%负荷,10%~40%掺烧比下,调整预喷正时,以对放热率、缸内平均温度、数浓度、平均粒径等指标进行计算和归纳。结果表明:相比单次喷射,预喷射可明显改变燃烧过程,放热过程更平缓;大负荷掺烧比30%~40%时,预喷引起放热双峰更明显;随预喷正时提前,预喷引发的第一阶段放热越来越少;预喷柴油策略可提高缸内温度。除小负荷掺烧比30%~40%工况,预喷射可使超细颗粒物数量增多、平均粒径增大,且提前预喷正时可降低50%颗粒物数量。预喷射会提高NOx排放,但提前预喷正时可降低NOx排放,除小负荷10%~30%掺烧比,NOx排放均高于单次喷射。

柴油预喷量对甲醇-柴油双燃料发动机NOx和颗粒物排放的影响试验

【目的】研究柴油预喷量对甲醇-柴油双燃料发动机NOx和颗粒物的排放变化规律。【方法】以一台电控共轨四缸柴油机改造的甲醇-柴油双燃料发动机为试验对象,选取30%和70%负荷,10%~40%掺烧比工况,调节不同预喷量,测试NOx和颗粒物的排放数据,分析总数量浓度、平均粒径、粒径谱等指标。【结果】30%和70%负荷,预喷量为2 mg/cyc工况下,超细颗粒物的总数量浓度、平均粒径均处于一个较低水平;此工况下30%负荷大颗粒物的数量浓度最低,70%负荷大颗粒物数量浓度也处于引入预喷后的最低水平,NOx排放量有所下降。【结论】小负荷工况下,优化预喷量2 mg/cyc后,NOx和颗粒物的排放性能可以同时达到最优;大负荷下,NOx排放随预喷量增大而增大,颗粒物排放在预喷量2~3 mg/cyc附近达到最优。

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。

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．

引燃柴油量对甲醇/柴油双燃料发动机性能和排放的影响

在一台TY1100型直喷柴油机上,开展了引燃柴油量对柴油引燃甲醇双燃料发动机性能和排放影响的研究。试验结果表明:引燃柴油比例为28.9%~48.2%时,发动机可获得较好的动力性,甲醇质量掺比可达73.3%~83.2%。与原柴油机相比,双燃料发动机的碳烟排放大幅度下降,NOx排放降低,而HC和CO排放增加。高负荷时发动机有效热效率增加而CO排放基本相当。在同一引燃柴油量下,HC排放呈先增加后减少的趋势,增加引燃柴油量,可以提高发动机低负荷时的有效热效率和降低HC排放,但在全负荷时,会导致NOx排放增加。

柴油引燃甲醇双燃料发动机滞燃期的研究

在一台TY1100直喷柴油机进气管上安装一套电控甲醇低压喷射装置,进行了柴油引燃甲醇双燃料发动机着火滞燃期的试验研究.结果表明:随着甲醇质量分数的增加,双燃料发动机压缩过程多变指数呈线性减小,着火滞燃期延长;与原柴油机相比,发动机燃用双燃料后,在转速为1600 r/min、全负荷、甲醇质量分数为62%时,着火滞燃期最大延长约1.5°;提高进气温度,着火滞燃期缩短,进气温度从20℃增加到40℃再到60℃时,对着火滞燃期的影响逐渐增强;发动机的转速升高,在所有试验工况下,以时间计的着火滞燃期缩短;引燃柴油供油定时提前,着火滞燃期延长.

柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性优化

针对某四缸柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性较差的问题,采用GT-power软件构建了柴油甲醇双燃料发动机仿真模型,分析进气总管、进气歧管的结构参数以及进气正时对进气均匀性的影响程度。以进气总管直径、进气歧管长度、2、3缸的进气歧管直径以及进气正时为优化变量,以降低进气不均匀度为设计目标建立响应面模型,并结合多岛遗传算法进行优化。优化结果表明:减小进气总管直径和进气歧管长度以及进气正时,增加2、3缸的进气歧管直径几何参数,改善了进气歧管内空气和甲醇的流动质量,使发动机的进气不均匀度由原机的10.35%降低到2.19%。

甲醇-柴油双燃料发动机微粒数量排放特性

【目的】为减小甲醇-柴油双燃料发动机排放微粒中核模态粒子的数量(nucleation mode particle number,PNN).【方法】在1台由电控高压共轨柴油机改装的甲醇-柴油双燃料发动机上分别进行了甲醇掺烧比(co-combustion ratio,CCR)、引燃柴油喷射正时与负荷率特性试验.【结果】随着掺烧比的增大,核模态与积聚态微粒数量(accumulation mode particle number,PNA)均明显减小,生成微粒几何平均直径减小;引燃柴油喷射正时提前可减小生成微粒的总数量(total particle number,PNT),但掺烧比较大时提前柴油喷射正时粒径分布出现"双峰"现象,PNN大幅增加;增大发动机负荷率,PNN与PNA均有所增加,粒子几何平均直径增加,小负荷时生成的PNN明显高于中大负荷.【结论】提高掺烧比与提前引燃柴油喷射正时有利于减小PNN的生成,但当掺烧比较大时应注重柴油喷射正时的调节以防止PNN显著增加.

引燃油量对柴油/甲醇双燃料发动机碳烟排放的影响

在柴油引燃甲醇双燃料发动机上,通过模拟探讨了引燃柴油量对柴油/甲醇双燃料发动机碳烟排放的影响。模拟结果表明:保持甲醇浓度不变,当引燃油量从每循环0.020 7g开始逐渐减小时,碳烟排放随之减少;当引燃油量减至每循环0.008 4g时,碳烟排放几乎不再减少。引燃油量小于每循环0.008 4g时,发动机缸内高浓度碳烟分布区域较大;引燃油量大于每循环0.008 4g时,高浓度碳烟生成区域相对集中。引燃油量减小的过程中,碳烟排放峰值出现的时间略有提前。

柴油/甲醇双燃料发动机标定系统设计

针对柴油/甲醇双燃料发动机开发和优化匹配,设计柴油/甲醇双燃料发动机标定系统,具体包括发动机改造、电控单元、通信模块和标定平台4部分。开发完成后经实验验证,设计开发的标定系统能够连续高效运作,快速调控发动机控制参数,同时具备实时监测发动机关键运行参数的功能。该标定系统能满足双燃料发动机开发与优化匹配要求。

甲醇替代率对甲醇/柴油双直喷发动机性能的影响

为了实现甲醇/柴油双燃料发动机的高热效率和低排放,在一台单缸柴油机上搭建了独立的双直喷系统,开展了甲醇/柴油双直喷发动机运行范围的试验研究。结果表明:在低负荷率工况下,随着甲醇替代率的增加,发动机热效率降低;在中、高负荷率工况下,甲醇的加入有利于提高发动机热效率。在负荷率为79.5%、甲醇替代率为52.4%的工况下,发动机指示热效率达到最大值(43.4%)。同时,随着甲醇替代率的增加,发动机NOx和碳烟排放降低,而HC和CO排放呈现出增加的趋势。此外,在全负荷工况下,探究了最大甲醇替代率及其对发动机热效率的影响,发现双直喷发动机的最大甲醇替代率可以达到96.0%。随着甲醇替代率的增加,发动机指示热效率呈现出先提高后降低的趋势,最高指示热效率发生在甲醇替代率为50.0%的工况下。该研究结果可为甲醇/柴油双直喷发动机性能和排放特性的进一步优化提供试验和数据支持。

柴油引燃甲醇双燃料发动机排放性能试验分析

介绍了柴油引燃甲醇双燃料燃烧对柴油机CH、NOx和碳烟排放的影响。采用柴油引燃甲醇双燃料在一台单缸、直喷、中冷柴油机上进行。随着甲醇质量分数的增加,HC排放迅速增加,NOx排放减少,发动机碳烟排放大幅度降低。

柴油甲醇双燃料发动机动力性与经济性试验分析

介绍了柴油引燃甲醇双燃料燃烧对柴油机动力性和经济性的影响。在1台单缸、直喷、中冷柴油机上采用柴油引燃甲醇双燃料进行试验。结果显示甲醇柴油双燃料发动机在中高负荷及中高转速下运转可获得较好的燃油经济性。选择适当的引燃柴油量,双燃料发动机的动力性可以达到甚至超过原柴油的动力性。

XN2100柴油—天然气双燃料发动机性能的研究

通过对XN2 10 0型柴油机改装为柴油—天然气双燃料发动机前后的性能对比试验研究 ,发现在对原机改动不大的条件下 ,改装成的双燃料发动机与原机相比 ,动力性略有提高 ,排气烟度得到改善 ;在对喷油系统做进一步的改进和优化匹配后 ,能使天然气的替代率大大提高的同时 。

引燃量与压缩比对甲醇/F-T柴油发动机燃烧特性的影响

为改善双燃料发动机大负荷粗暴燃烧,通过一系列台架试验,研究了费托(Fischer-Tropsch,F-T)柴油比例和发动机压缩比对此燃烧模式的燃烧特性的影响。试验中,采用煤基甲醇和F-T合成油柴油形成的全煤基双燃料发动机,采用高十六烷值的F-T柴油引燃甲醇预混合气。结果表明:与原机相比,双燃料发动机的燃烧更柔和,燃烧持续期明显缩短,经济性随F-T柴油比例增大和压缩比的减小而变差;随F-T柴油比例增加,燃烧粗暴程度增大,但在低F-T柴油比例下,降低压缩比有利于降低燃烧粗暴程度。因此,采用低比例F-T柴油适当减小压缩比有利于改善甲醇/F-T柴油双燃料发动机的燃烧和经济性能。