进气压力、预混比和喷油定时对低负荷活性控制压燃燃烧与排放特性的影响

通过在六缸重型柴油机上进行汽油/柴油活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧模式的试验,探究了不同喷油定时(start of injection,SOI)、进气压力(inlet pressure,IP)和预混比(premixing ratio,PR)对低负荷RCCI柴油机燃烧与排放特性的影响.结果表明:在燃烧特性方面,随着SOI的提前,第一阶段放热率峰值逐渐增大,对应相位同步提前,滞燃期和缸内平均温度峰值增大;IP的增加会导致滞燃期和缸内平均温度峰值减小;而PR增大使压力升高率峰值和最大累积放热量均降低.在气体排放方面,碳氢化合物(hydrocarbon,HC)与CO排放整体上随着SOI的提前而降低,NO_(x)排放随SOI的提前而增加;HC与CO的排放会随着IP和PR的增加而增加,但PR的增大会使NO_(x)排放减小,且随着SOI的提前,减小幅度先减小再增大.在颗粒物排放方面,核态颗粒物数量浓度随SOI的变化规律不明显,PR较大时IP几乎对核态颗粒物数量浓度没有影响;聚集态颗粒物数量浓度随SOI的变化稍显复杂,在较大PR下,增大IP会使聚集态颗粒物数量浓度减少,且减少幅度随SOI的延迟而变大;与聚集态颗粒物数量浓度相比,在较大PR下IP对减少颗粒物总质量浓度的影响程度更强,但在较小PR下无影响.

燃烧室结构与喷油策略对天然气-柴油反应活性控制压燃发动机的影响研究

为优化反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机的燃烧室结构与喷油策略,基于CONVERGE数值模拟研究了挤流区高度、喉口半径与喷雾夹角对75%负荷工况下天然气—柴油RCCI发动机着火特性、燃烧特性及排放特性的影响。结果表明:增大挤流区高度可促进燃油雾化进程,有助于燃油充分燃烧,挤流区高度过大将削弱反应活性分层,降低缸内温度,增加碳烟排放量。对所研究机型而言,最优挤流区高度为6.56 mm。增大喉口半径可延长燃油喷雾进程,增加碳烟排放量,减少NO_(x)排放量,喉口半径过大会引起缸压峰值升高,NO_(x)排放量增加,对所研究机型而言,最优喉口半径为73.29 mm。随喷雾夹角的增大,燃油分布自凹坑区域上移至挤流区域,缸压峰值降低,NO_(x)排放量减少,碳烟排放量增加。

基于双直喷策略的低负荷下活性控制压燃燃烧特性的数值研究

采用流体仿真软件CONVERGE开展了基于双直喷策略的低负荷工况下二代生物柴油/汽油活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧模式的数值模拟研究,对比了常规进气道喷射汽油RCCI和双直喷RCCI的燃烧特性,并探讨了双燃料喷射时刻对双直喷RCCI燃烧的影响。结果表明:相比常规进气道喷射汽油RCCI,双直喷RCCI能够有效控制缸内汽油混合气分布,改善不完全燃烧现象;随着汽油直喷时刻的推迟,分层燃烧减弱,燃烧持续期缩短,燃烧效率降低,热效率先减小再增大后又减小,NO x排放减少而碳烟排放增加;随着二代生物柴油喷射时刻的推迟,分层燃烧加剧,燃烧持续期延长,燃烧效率升高,热效率先增大而后减小,NO x排放增加而碳烟排放减少。

甲醇替代率对柴油/甲醇反应活性控制压燃发动机性能的影响

对某4缸高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了柴油/甲醇双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,系统地研究了甲醇替代率对发动机经济性和污染物排放的影响规律。结果表明:最大转矩转速1600 r/min下,负荷率25%~50%范围内甲醇替代率为10%时发动机经济性最佳;50%~100%负荷率范围内随甲醇替代率增大,有效热效率升高,有效当量燃油消耗率降低;100%负荷、30%替代率时,与原机相比,有效热效率提高9.4%,有效当量燃油消耗率降低6.2%。不同负荷工况下,最大甲醇替代率受爆震、失火现象、不完全燃烧及发动机热负荷极限和机械设计强度限制。100%负荷下,随节气门开度减小,最大甲醇替代率从30%提升到36%;甲醇替代率为34%时,有效当量燃油消耗率较原机降低6.5%;高负荷工况下,适当关小节气门开度,减少进气流量,降低缸内最高燃烧压力,可有效提高最大甲醇替代率。外特性工况下,随发动机转速增加,未燃甲醇、非甲烷碳氢化合物、CO_(2)排放降低,甲醛排放先略减少后逐渐增多。同一转速下,随甲醇替代率增加,未燃甲醇和甲醛排放量增加,非甲烷碳氢化合物和CO_(2)排放降低。低碳甲醇/柴油RCCI燃烧模式有利于降低CO_(2)排放。

基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制燃烧系统

为了实现柴油机NOx和碳烟超低排放的目标,提出了基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制均质压燃(简称HCCI)燃烧系统。该系统应用电控共轨燃油系统对燃油喷射规律实现多脉冲灵活控制,通过提前角大于上止点前90°的多次脉冲喷射,成功控制了预混合气的形成、着火和燃烧过程。从小负荷直到平均有效压力高达0.79MPa的大负荷,均成功实现了以预混压燃燃烧为主要特征的燃烧过程,使柴油机的烟度始终能够控制在0.5BSU以下,HC排放小于40×10-6,而NOx大幅度降低至240×10-6。

过量空气系数对甲醇/柴油反应活性控制压燃发动机性能的影响

对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了甲醇/柴油二元燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,系统地研究了最大转矩转速(1 600 r/min)、不同负荷下甲醇替代率和过量空气系数对发动机经济性与排放性能的影响规律。结果表明:中、低负荷下,随着甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率先降低后略微升高,有效热效率先增加后略微降低,排气温度降低;中高、高负荷时,随甲醇替代率增大,有效当量燃油消耗率和排气温度降低,有效热效率升高;负荷率75%下,甲醇替代率为30%时,有效当量燃油消耗率较纯柴油模式平均降低3.8%,有效热效率则平均升高6.7%。不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,NO;排放和烟度大幅降低,CO;排放量减少,CO、甲醇和甲醛排放量增加。中、低负荷下,烯烃排放量随甲醇替代率升高而增加,中高、高负荷下则随替代率升高而降低。不同负荷、不同甲醇替代率下,随着过量空气系数减小,CO;排放量和烟度增加,NO;和CO排放变化不明显,甲醇排放量减少;高负荷下,随过量空气系数的减小,烯烃排放升高,甲醛排放降低;低负荷下,随过量空气系数减小,烯烃排放降低,甲醛排放变化不明显。采用甲醇/柴油RCCI燃烧策略有助于降低CO;、NO;排放和烟度,双燃料模式下适当关小节气门开度,减小过量空气系数,对降低甲醇、甲醛非常规污染物排放有利。

均质压燃燃烧闭环控制系统的开发和试验研究

以缸内喷射CO2为控制手段,实现了对柴油均质压燃(HCCI)燃烧的闭环控制。开发了基于循环的燃烧相位闭环控制系统,试验研究了系统的开环和闭环性能。基于循环的燃烧闭环控制系统包括气缸压力采集、燃烧特征参数计算和控制参数更新等模块。经过对最高燃烧压力对应的曲轴转角(φpmax)、最大压力升高率对应的曲轴转角(φλmax)和燃烧分数为50%时对应的曲轴转角(CA50)等参数的比较,决定选择CA50作为反馈参数。试验结果表明:用CO2喷射作为执行器能实现燃烧相位的快速控制。系统能很好地跟踪CA50阶跃输入,并且在转速和负荷干扰存在的情况下实现对CA50的控制。

柴油/汽油反应活性控制压燃发动机喷油协调控制与排放特性研究

对某4缸高压共轨柴油机进气道进行改造,搭建了柴油/汽油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,设计了柴油/汽油双燃料RCCI燃烧汽油喷射控制策略,实现了全工况下汽油与柴油的协调喷射控制,系统地研究了不同运行工况下,不同汽油替代率对柴油机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:采用柴油/汽油双燃料RCCI燃烧控制策略,发动机可在其运行工况范围内实现高效清洁燃烧,随着汽油替代率的增加,发动机缸内最高压力逐渐增大,缸压峰值出现时刻推迟,放热率峰值降低,燃烧持续期延长,燃油消耗率降低,有效热效率升高,全碳氢、CO排放增加,NOx和碳烟排放降低。

活性控制压燃模式发动机实验教学平台开发及教学应用研究

内燃机新型燃烧及其测试技术是《汽车发动机原理》、《汽车发动机构造》、《汽车测试基础》、《汽车动力机械设计》、《汽车交通环保学》等核心课程的重点内容之一。为了满足这些课程的教学需求,在现有的发动机台架基础上开发了活性控制压燃模式发动机实验教学平台。该平台主要由试验发动机、燃油供给系统、燃烧分析系统、排放测试系统四部分组成,能够通过燃烧分析系统和排放测试系统完成不同测试工况下发动机燃烧参数和污染物排放浓度的测量与分析。实际应用结果表明,该教学平台能够完成与理论教学相关的实践教学目标,促进理论教学和实践教学的有机结合,有利于完善学生的知识体系。

压燃/低温燃烧柴油机进气系统鲁棒滑模控制

阐述了一种压燃/低温燃烧(CI/LTC)组合燃烧模式柴油机燃烧进气系统的非线性鲁棒控制策略。基于理想气体方程和质量守恒定律建立了柴油机进气系统的非线性状态空间模型,选择影响燃烧的进气系统关键变量进排气压力和进气组分作为系统输出变量,并采用鲁棒积分滑模方法设计了控制器。控制系统通过对进气系统关键变量的跟踪控制,间接控制缸内条件参数,实现燃烧模式间的平滑切换。最后分别采用GT-Power和Matlab/Simulink软件耦合仿真和快速原型控制仿真验证该控制器的效果。其结果表明与独立PI闭环控制方法相比,该控制策略具有跟踪性能好、响应速度快、抗干扰能力和鲁棒性强等优点。

乙醇SI/HCCI燃烧模式平稳转换控制策略研究

如何将均质压燃(HCCI)应用到实际发动机上是当前HCCI研究的热点之一,采用HCCI/SI复合燃烧模式是潜力巨大的出路之一。当发动机采用这种复合燃烧模式时,HCCI只能在一定范围内运行的特点决定了发动机在HCCI和SI两种燃烧模式边界工况发生负荷变化时,需要进行两种燃烧模式的相互转换。实现两种燃烧模式的平稳转换需要对转换过程中影响转换平顺性的因素进行分析,综合控制。通过分析试验所得数据,本研究基于主节气门运动规律、点火提前角和供油规律3个主要影响因素提出了主动、协同的控制策略,实现了两种燃烧模式的平稳转换。

直喷汽油对反应活性控制压燃负荷拓展影响的数值模拟研究

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数,展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃(RCCI)燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明:进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程,而汽油喷射时刻影响不明显;在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下,增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层,延长燃烧持续期,降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率,实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示:若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低,可将平均有效指示压力(IMEP)拓展至1.6MPa;将IMEP拓展到1.7MPa后,增加汽油的预混比例并不能提高IMEP,但对排放略有改善,相应的压力升高率和燃烧压力提高。

改善带空气预热器燃烧系统空燃比的简单方法——西门子SKP 55差压控制阀门执行器

0引言 2011年初出版的《锅炉节能技术监督管理规程》对有机热载体锅炉的排烟温度作出了明确规定：额定功率大于1．4MW的有机热载体锅炉的排烟温度不得大于170℃。这就意味着必须要对锅炉的烟气热量进行回收再利用，对于热载体锅炉而言最普遍的回收方式就是使用空气预热器对燃烧器的助燃风进行预热。同时，《规程》又明确指出正压燃油（气）锅炉的过量空气系数不得大于1．15，

全预混燃烧中的差压空燃比控制方式

1引言2015年5月发布的北京市地方标准《锅炉大气污染物排放标准》对于在2017年4月1日之后新上的燃油（气）锅炉的氮氧化物排放要求从原来的150mg降到30 mg以下,目前华北和华东各省份都已参照北京市的标准执行新的锅炉超低氮氧化物排放要求。根据国外在低氮燃烧方面的经验,全预混表面燃烧是可以达到低氮氧化物排放的较成熟的燃烧方式.

压缩比和CO_2对二甲醚燃料均质压燃燃烧的影响

在一台2-135柴油机上实现了纯二甲醚(DME)的均质充量压燃(HCCI)的燃烧方式.为了扩展发动机适用工况,控制HCCI着火,进一步通过调节试验发动机压缩比以及在优化的压缩比下在进气道中加入气体CO2的方法来改进和控制HCCI的燃烧.试验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于零排放.在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷增加而减少.对DME的HCCI燃烧机理等进行研究表明,由于纯DME十六烷值高导致着火较早(上止点前28°左右),该发动机只能在中低负荷较小范围内运行.改进的燃烧方法可以有效地控制HCCI燃烧,拓展HCCI发动机运转范围.

进排气门相位和升程对汽油机HCCI燃烧控制的试验研究

利用内部高温残余废气加热新鲜充量是实现均质压燃(HCCI)的一种有效方式。设计了几种具有小持续角的特殊进、排气凸轮轴,以满足高内部残余废气率。在Ricardo Hydra 140单缸汽油机上,分别采用不同持续角的凸轮轴研究了进、排气门定时和升程等参数对汽油机HCCI燃烧的影响。试验结果表明,排气门定时对残余废气率和HCCI燃烧有着更强的控制作用。选择合适的气门升程可以拓展HCCI运行范围,升程大的凸轮轴将HCCI运行范围向高速大负荷方向拓展,而升程小的凸轮轴则有利于获得更低的HCCI运行负荷和转速。

柴油机HCCI燃烧过程中自燃着火和燃烧速率控制的研究

提出了多脉冲复合喷射控制系统以解决在柴油机上实现均质压燃着火燃烧模式(HCCI)的主要难点,即预混合气形成、自燃着火速率和燃烧速率的控制。研究了多脉冲喷射控制参数对自燃着火和燃烧速率的影响。结果表明利用该方法当发动机负荷提高平均指示压力0.93MPa时,成功实现了可控预混均质压燃燃烧。

乙醇燃料SI-HCCI-SI燃烧模式转换过程的研究

在一台单缸试验机上进行了乙醇燃料均质压燃(HCCI)和火花点燃(SI)两种燃烧模式相互转换的试验研究。结果表明,采用进气热管理系统,可以实现乙醇燃料在两种燃烧方式间的转换。在SI向HCCI转换过程中,由于混合气瞬间变稀,而高温热气进到缸内有一定的时间,转速和平均有效压力下降,经过约4个工作循环后,随着高温热气连续、均匀地进到缸内,实现了连续稳定的HCCI燃烧,因此转速和平均有效压力上升,并且很快达到稳定。在HCCI向SI转换过程中,由于存在火花点火,对混合气的温度不是很敏感,因此过渡时间减少,发动机很快达到稳定状态。

改善带空预器燃烧系统空燃比的简单方法——西门子SKP55差压控制阀门执行器

0引言 2011年初出版的《锅炉节能技术监督管理规程》（以下简称“规程”）对有机热载体锅炉的排烟温度作出了明确规定：额定功率大于1．4MW的有机热载体锅炉的排烟温度不得大于170℃。这就意味着必须要对锅炉的烟气热量进行回收再利用，对于热载体锅炉而言最普遍的回收方式就是使用空预器对燃烧器的助燃风进行预热。“规程”同时明确指出正压燃油（气）锅炉的过量空气系数不得大于1．15，由于在预热的同时，

基于离子电流的HCCI燃烧相位闭环控制

在一台进气辅助加热的缸内直喷HCCI汽油机上,根据HCCI小负荷边界工况、燃烧不稳定、燃烧相位循环波动大的特点,制定了基于离子电流信号的燃烧相位闭环控制策略并进行了试验研究.结果表明,离子电流差分最小值相位在稳态工况具有较好的相位稳定性,瞬态工况时与HCCI燃烧相位的相关性最好;通过对首次喷油量的调整,利用离子电流差分最小值相位与HCCI燃烧最大放热率相位之间的相关性制定的控制策略,可以达到控制HCCI燃烧稳定的目的.