基于数值模拟的柴油-天然气RCCI发动机不同预喷时刻下燃烧与排放特性研究

随着计算机技术的不断发展,数值模拟方法变得更加成熟,并成为现今内燃机研究的主要手段。文章运用CONVERGE软件,采用数值模拟方法,对柴油-天然气双燃料反应活性控制压燃发动机燃烧与排放性能进行研究。根据研究机型参数,进行三维几何模型的构建,优化仿真模型并实施数值计算模拟,建立了满足实际要求的发动机燃烧模型。采用数值模拟方法,得出二次喷射下不同预喷时刻缸内主要参数变化曲线及相关云图,找出最有利的预喷时刻段,对研究其他因素对双燃料发动机燃烧与排放特性的影响具有重要的指导意义和参考价值。

正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响

通过一台V6发动机研究了柴油中掺混正丁醇和异丁醇在不同转速、不同EGR率和喷油时刻下对燃烧与排放性能的影响.结果表明:正丁醇-柴油燃料比异丁醇-柴油混合燃料着火滞燃期短,异丁醇缸内峰值压力和预混放热率比正丁醇高.柴油中掺混正丁醇和异丁醇可以明显降低碳烟排放,使得碳烟随着EGR率变化变得平缓.同时掺混正丁醇对碳烟降低的效果更明显,而且掺混丁醇对NOx排放影响不大,一氧化碳与碳氢排放保持在较低水平.最后柴油机燃用丁醇可以达到同时降低碳烟和NOx的效果.

用PODE3-4煤基燃料改善汽油／柴油宽馏分燃料的燃烧与排放特性

研究中向汽油／柴油宽馏分燃料（WGD50）中添加体积分数为109／5～30％的PODE3-4配制成汽油／柴油／PODE3-4宽馏分燃料，在一台直喷柴油机上进行了燃烧与排放特性的试验研究。研究结果表明：向宽馏分燃料中添加PODE3-4能显著缩短滞燃期，使低负荷时宽馏分燃料的燃烧效率提高，循环波动降低；中高负荷时，添加PODE3-4能够降低宽馏分燃料的压升率和NOI排放，且保持较低的碳烟排放。

双燃料对汽油机HCCI燃烧与排放的影响

采用双燃料喷射系统在进气道分别喷入汽油和正庚烷,结合优化动力技术手段,实现了4缸汽油机的均质混合气压燃(HCCI)稳定燃烧。研究了在不同EGR条件下,燃料比例对汽油机HCCI燃烧和排放的影响。研究结果表明:随着汽油比例的增加,燃烧相位推迟,燃烧持续期延长,HC和CO排放随之增加,最优工况点对应的EGR率降低。提高正庚烷的比例,HCCI燃烧对EGR敏感性降低,可以提高EGR率上限。在同一燃料比例下,随着EGR率的变化,CA10与CA50有线性关系,其斜率与燃料中汽油比例正相关。

双燃料火花点火辅助均质压燃发动机燃烧与排放特性试验

在一台汽油-正庚烷双燃料均质压燃(HCCI)发动机上,研究了点火时刻对点火辅助HCCI燃烧与排放的影响.结果表明,火花点火对燃烧的影响程度与燃料的性质是密切相关的.燃料中汽油的含量越高,火花点火在控制HCCI燃烧、减小循环变动、提高热效率和降低排放等方面的效果越明显.此外,点火时刻对HCCI燃烧的影响是与燃烧阶段相关.点火时刻在高温反应阶段,可以降低碳氢化合物(HC)排放、减少循环变动以及同时提高HCCI燃烧指示热效率;点火时刻在低温反应阶段可以造成一氧化碳(CO)排放的增加.

基于AVL-FIRE的醇醚燃料发动机燃烧与排放特性研究

将甲醇添加到二甲醚柴油的混合燃料中,利用AVL-FIRE软件对混合燃料的燃烧特性和排放特性进行仿真分析。将柴油按质量比70%固定不变,分别将甲醇以12%、8%、4%和0%的比例添加到柴油当中,其余添加二甲醚。研究这4种混合燃料在2 200r/min高负荷工况下缸内温度、压力、累积放热量、NOX和Soot排放的情况,并与柴油作比较。结果表明:在高负荷工况下,随着混合燃料中甲醇含量的增加,缸内压力逐渐增大,缸内压力峰值所在的曲轴转角位置基本不变;随着混合燃料中甲醇含量的增加,放热率曲线峰值减小,最高缸内温度呈下降趋势,NOX排放量降低,Soot排放量上升。

掺混聚甲氧基二甲醚对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究高含氧、高十六烷值的新型替代燃料聚甲氧基二甲醚(PODEn)掺混柴油对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响,在一台增压中冷高压共轨的潍柴动力WP12.460柴油机上开展了不同PODEn比例(体积分数分别为10%、20%、30%)PODEn/柴油混合燃料燃烧特性、燃油经济性及排放特性的试验研究。试验结果表明,随着PODEn掺混比例的增大,缸内最大爆发压力、缸内温度峰值及瞬时放热率峰值均逐渐降低,且各峰值对应相位逐渐前移;燃烧持续期缩短0.6°~2.1°(曲轴转角),放热更加集中,有效热效率最高可提升2.43%;有效燃油消耗率逐渐增加,但当量有效燃油消耗率逐渐降低,最大降幅为4.23%;NOx排放量略有升高,CO排放量、HC排放量和碳烟排放量均逐渐降低,其中CO排放量和碳烟排放量在高负荷工况下降低幅度较大,最高降幅分别为64.5%和75.8%。

高压共轨船用柴油机燃烧与排放数值研究

为研究高压共轨船用柴油机燃烧与排放特性,应用CFD软件fire对某型船用柴油机喷雾燃烧进行了三维数值模拟。计算得到了不同轨压和不同喷油提前角下的燃油液滴分布、当量比分布、缸内燃烧温度和压力分布,以及NOx和soot质量分数分布等,同时还得到了油耗与指示功率值。对比研究了共轨压力和喷油提前角对燃烧和排放的影响。

进气温度对汽油/正庚烷HCCI燃烧与排放特性的影响

采用双燃料喷射系统在进气道分别喷入汽油和正庚烷,结合优化动力技术手段,实现了四缸汽油机的均质混合气压燃(HCCI)燃烧,研究不同进气温度对发动机燃烧特性与排放特性的影响。试验结果表明:在其他边界条件一定时,随着进气温度的升高,燃烧相位提前,燃烧持续期缩短;缸内最大爆发增大,最大放热率提高,压力升高率提高,其最大值到达的时间提前;HC、CO排放呈现降低的趋势;IMEP整体呈现先升高后降低的趋势,但是之间出现两个峰值。

含水乙醇/生物柴油燃烧与排放分析

乙醇与生物柴油混合可以降低柴油机颗粒物排放.乙醇燃料吸水性较强,含有一定水分的燃料对柴油机的燃烧与排放会产生一定的影响.通过采集186F柴油机燃用乙醇/生物柴油燃料的示功图,建立了186F柴油机燃用含水乙醇/生物柴油的燃烧与排放模型.在186F标定工况进行了不同含水率的乙醇对柴油机燃用乙醇/生物柴油燃烧与排放特性影响的仿真研究.分析了乙醇含水率为0,10%,15%,20%时,气缸压力、平均指示压力、缸内平均温度、滞燃期、燃烧持续期、燃烧中心、指示比能耗、NO与Soot排放的变化规律.结果表明:随着乙醇含水率的增加,燃烧过程的缸内最大爆发压力、缸内平均温度、平均指示压力等均呈下降的趋势,指示比能耗略有增加,NO与Soot质量浓度降低,Soot直径减小.含水乙醇的掺混比为20%、乙醇含水率由0增加到20%时,缸内最大爆发压力由7.75 MPa降低为7.08 MPa,指示比能耗由11.39 kJ·kW^-1·h^-1增加到11.64 kJ·kW^-1·h^-1.相比于无水乙醇,NO和Soot质量浓度均有大幅度降低,NO降低约14.4%~27.1%,Soot降低约28.1%~73.6%.

喷油参数对双燃料发动机燃烧与排放的影响

为了进一步解决柴油/天然气双燃料发动机中CH4和CO排放较高以及热效率较低的问题,在1台6缸发动机上进行了柴油喷油正时和喷油压力对燃烧和排放特性影响的试验。研究结果表明:双燃料发动机的燃烧过程出现明显的两阶段放热现象;随着喷油正时的提前,燃烧放热起始点提前,柴油引燃天然气的效果更为明显;最大压力升高率、缸内压力和放热率峰值升高,NOx排放增加,而CH4和CO排放降低,指示热效率先升高后降低,热值折合燃油耗先降低后升高;随着喷油压力增加,缸内压力、放热率峰值增加,NOx排放增加,而CH4和CO排放降低。因此,综合考虑双燃料发动机的燃烧与排放特性,当喷油正时为-20°CAATDC,喷油压力为120MPa时,可以实现较高的热效率以及较低的CH4和CO的排放。

小型农用柴油机甲醇生物柴油燃烧与排放模拟的研究

石油资源的紧缺已经成为了现阶段世界性的难题,我国对石油的消耗量也是巨大的,不仅包括众多汽车的使用,还将石油资源应用到农业生产中,近年来我国农业机械设备数量增长极为迅速,并且农用拖拉机等柴油机设备在农业生产中发挥出了巨大的作用,农用柴油机虽然动力较强,但是在使用过程中易产生有害气体对空气造成污染,对此也衍生出了新型能源代替柴油作为燃料,实现农用柴油机的实用性、经济以及环保性。目前在农业生产中,通常将甲醇与生物柴油混合作为小型柴油机的燃料,本文对甲醇生物柴油燃烧与排放模拟进行简要探究,并对其特性作出简介,为早日实现农用柴油机的节能减排贡献一份力量。

基于机内净化通用小型汽油机燃烧与排放性能优化

通用小型汽油机近年来在产销应用和出口方面均取得了良好的成绩。目前来讲,国内通用小型汽油机主要通过机内净化技术来降低排放,但在批量生产时,其排放合格率不尽如人意。本文通过分析当前基于机内净化通用小型汽油机燃烧与排放性能存在的问题,提出了相应的优化措施。

甲醇汽油燃烧与排放特性的研究

目前新能源车的研究中,甲醇燃料是一个热点。甲醇燃料用于新能源汽车仍存在一些重要问题,如常规排放、冷启动性能研究等。为了模拟和预测甲醇汽油发动机的燃烧和排放性能,建立了甲醇氧化反应的详细动力学模型,并通过冲击波管和流动反应器的数据进行验证。在这项研究中,通过添加汽油燃烧数据建立了甲醇汽油氧化反应的动力学模型,并使用外国文献中注入混合反应器的实验数据验证了燃料氧化反应的动力学模型。

甲醇喷射正时对柴油/甲醇双燃料HCCI发动机燃烧及排放特性的影响研究

文章利用CFD仿真软件Converge研究了甲醇喷射正时对柴油/甲醇双燃料HCCI发动机燃烧和排放特性的影响。研究结果表明:随着甲醇喷射正时提前,缸内混合气质量提高,缸压峰值和压力升高率均升高,缸内温度分布更加均匀;当甲醇喷射正时提前角度较小时,缸内混合气存在明显的浓度梯度,使得燃烧始点前移;随着甲醇喷射正时提前,SOOT,HC和CO的排放量显著减少,当甲醇喷射正时为150℃A BTDC时,HC排放量最低;甲醇喷射正时的提前也减弱了甲醇汽化潜热对缸内温度的影响,导致NOx排放量升高。

助溶剂对乙醇柴油燃烧和排放特性的影响

采用复配乳化剂OP4/Span80、正丁醇和生物柴油作为助溶剂配制出3种乙醇掺混含量相同的乙醇柴油(R5E10、N5E10和B10E10),并在柴油机上对比分析了柴油与乙醇柴油的发动机性能和燃烧排放特性。试验结果表明,发动机燃用乙醇柴油的当量油耗率要比燃用纯柴油低,其中B10E10和N5E10最低。燃用乙醇柴油后燃烧始点推迟,最大爆发压力、最大压力升高率以及放热峰值升高,但其对应的曲轴转角滞后,其中N5E10的放热峰值和最大压力升高率最高,B10E10次之,而全负荷时R5E10的最大缸内压力最高。与柴油相比,乙醇柴油可同时改善 NOx和烟度排放,但其 HC和CO排放在小负荷时增加。综合来看,生物柴油是制备乙醇柴油的最佳助溶剂,对改善柴油机燃烧和优化污染物排放具有重要作用。

不同喷油定时和氧含量对正丙醇/柴油RCCI燃烧与排放特性的影响

在总循环能量和发动机转速不变的条件下,运用一台六缸重型增压柴油机研究了不同喷油定时和氧含量对正丙醇/柴油活性控制压燃(Reactivity controlled compression ignition,RCCI)的燃烧与排放特性的影响.结果表明,随着喷油定时(Start of injection,SOI)的提前,第一燃烧阶段的放热率峰值和缸内温度不断增加,初始着火相位(CA10)和燃烧重心(CA50)同步提前,燃烧持续期基本不变,滞燃期增加.CO和HC的排放随SOI提前逐渐减小,而NO_(x)的排放随SOI提前逐渐增加;颗粒物排放的平均粒径(Particle average diameter,PAD)和颗粒物质量浓度(Particle mass concentration,PMC)及颗粒物数量浓度(Particle number concentration,PNC)会随SOI的提前呈现出逐渐降低的趋势.而氧含量(Oxygen ratios,RO)的增加会使缸内压力和缸内温度整体略微下降,滞燃期整体小幅度增加.CO和HC的排放会随着RO的增加而增加,但RO基本不影响NO_(x)的排放.另外,RO的增加会使得PAD增加,PNC降低,对PMC的影响规律不明显.

含氧宽馏分燃料在压燃式发动机上的燃烧和排放特性

宽馏分燃料由于其优异的理化特性,可改善压燃式发动机的燃烧和排放特性。但由于其着火性较差,易出现燃烧效率低、冷起动困难等问题。为改善汽柴油混合宽馏分燃料的着火性,同时提高燃料的含氧量以进一步降低颗粒物排放,将高十六烷值、高含氧量的聚甲醛二甲醚(PODE)与传统柴油和汽油进行掺混,配制成含氧宽馏分燃料(GDP燃料),并在轻型车用四缸柴油机上对其进行试验研究。结果表明,用GDP燃料可使燃烧效率明显提高,有效热效率比原机高1%~4%,同时降低中小负荷NOx和碳烟的排放,使总颗粒物的质量和数量排放大幅度下降。

压缩比对汽油HCCI燃烧和排放特性的影响

通过优化动力技术对一台四缸汽油机进行改造设计，安现均质混合气压燃（HCCI），考察了压缩比对汽油机HCCI负荷拓展及冷却液和进气温度对HCCI燃烧排放特性的影响。试验结果表明：提高压缩比可以在更低的进气温度下实现SI／HCCI燃烧模式的切换，CO排放升高，HC排放下降，NOx排放呈下降趋势，且在高负荷工况时下降得更加明显。在压缩比为15时，HCCI汽油发动机可以在1200～3600r／min转速范围内实现稳定燃烧，提高压缩比有效拓展了HCCI发动机负荷范围。随着进气温度及冷却液温度的升高，燃烧相位提前，燃烧持续期缩短，缸内压力、放热率及温度升高；缸内循环变动率减小，实现更稳定的HCCI燃烧；CO、HC排放也随之降低，但NOx排放有升高趋势。

进气温度对HCCI发动机燃烧及排放的影响

本文应用Chemkin软件对基础燃料(Primary Reference Fuel,PRF)氧化燃烧的化学动力过程进行了理论研究,模拟了正庚烷、汽油双燃料均质压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)发动机的燃烧过程,研究了进气温度对HCCI燃烧及排放的影响,分析了优化燃烧与排放的基本方法。