压缩比、CO_2和LPG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DME的均质压燃(HCC I)燃烧方式.实验结果表明,DME的HCC I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.在实验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷增大而减少.对DME的HCC I燃烧机理进行研究表明,由于纯DME十六烷值高导致的着火比较早(上止点前28°CA左右),使得发动机只能在中低负荷较小范围内运行.为了扩展发动机工况,控制HCC I着火,进一步通过调节实验发动机压缩比,以及在优化的压缩比下,在进气道加入气体CO2或者在DME中加入LPG降低燃料十六烷值的方法来改进和控制HCC I的燃烧.实验表明以上方法可以有效控制HCC I燃烧,拓宽HCC I发动机运转范围.

压缩比对二甲醚燃料均质压缩燃烧的影响

在一台2135型柴油机上实现了纯DME的均质充量压缩(HCCI)燃烧方式。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排放随负荷变化不大。燃烧机理等研究表明,由于纯DME十六烷值高导致着火比较早(上止点前28°CA左右),该发动机只能在中低负荷较小范围内运行。为扩展发动机适用工况,进一步通过调节试验发动机压缩比的方法来改进和控制HCCI的燃烧。试验结果表明以上方法可以有效地控制HCCI燃烧,拓展了HCCI发动机运转范围。

实时燃料设计的均质充量压缩着火燃烧与排放的试验研究

根据燃料设计的思想,提出了混合燃料比例实时优化的均质充量压缩着火(HCCI)燃烧控制新方法,并在HCCI单缸发动机上进行了HCCI异辛烷/正庚烷实时控制试验.结果表明:混合燃料HCCI着火以及燃烧相位主要取决于正庚烷实际的燃空当量比;异辛烷的加入对爆震当量比界限有所拓展,但HCCI爆震主要与混合燃料总当量比有关;随着辛烷值比例的提高,导致HCCI运行范围变窄,但是实时调控证明相对纯正庚烷,混合燃料的HCCI燃烧最大负荷提高了80%.试验证明了实时优化控制HCCI燃烧和降低排放的可行性.

预混均质充量压缩燃烧发动机燃烧与排放特性

为改善柴油机的燃烧和排放特性,在一台2105柴油机上开展了二甲醚(DME)预混比和废气再循环(EGR)对二甲醚-柴油双燃料预混均质充量压缩燃烧(PCCI)发动机的燃烧与排放特性影响的试验研究,通过在进气道预混DME和缸内直喷柴油实现了PCCI燃烧模式。试验结果表明:随着DME预混比的增加,放热过程由两阶段放热发展到三阶段放热,燃烧始点前移,最高爆发压力逐渐增大且对应的相位不断提前;冷EGR导致的PCCI发动机最高爆发压力下降的程度、瞬时放热率峰值及压力升高率峰值对应的相位滞后程度均随着DME预混比的增加逐渐减弱;随着DME预混比的增大和EGR率的减小,当量有效燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高;DME预混比和EGR率增大可有效降低NOx排放,但是HC和CO排放有所增加。文中工况下最优DME预混比为30%。

均质充量压缩燃烧方式的研究进展及存在问题

介绍了均质充量压缩燃烧 (HCCI)方式的基本概念 ,分析了HCCI能实现较高热效率、低NOx 排放等优点的机理 ,论述了制约和影响HCCI方式的各种因素及其当前的研究进展 ,探讨了HCCI方式面临的主要困难及其解决途径 。

均质充量压缩燃烧(HCCI)的研究进展与展望

介绍HCCI的基本概念及燃烧的特点,并对目前国内外的研究进展进行分析,指出HCCI方式所面临的主要困难和有待解决的问题,展望HCCI的应用前景。

均质充量压缩着火燃烧技术及其研究进展

均质充量压缩着火发动机由于其混合气是预混合好的,因此可以减少甚至达到无颗粒物排放;又由于是压缩着火而且没有节气门的节流损失,可导致高的热效率。分析了均质充量压缩着火的益处及技术难点,论述了其研究现状及在可变压缩比、可变配气相位及着火添加剂等几个方面的燃烧控制技术,并对其适用燃油也进行了研究。

均质充量压缩燃烧发动机的特点与研究现状

HCCI燃烧(HomogeneousChargeCompressionIgnition)是一种新的发动机燃烧技术。HCCI燃烧技术不同于以往的传统燃烧方式,其燃烧效率高,NOx和碳烟排放低的特点使其成为国内外内燃机界的研究热点,被认为是解决当今内燃机排放问题的极具潜力的燃烧技术之一。介绍了HCCI燃烧的特点及其优势,阐述了HCCI实现高效低排放的机理,并对目前国内外HCCI燃烧研究的两个关键技术问题的解决提出了一些建议。

微自由活塞动力装置均质压缩燃烧过程的试验研究

为了研究微自由活塞动力装置燃烧过程及特征,搭建了燃烧过程可视化试验平台,结合高速摄像技术获得单次冲击压缩燃烧试验过程影像,分析了活塞运动特性及混合气燃烧特性。研究结果表明:混合气在微尺度空间里可以压缩着火燃烧。通过变参数试验对比,分别得出活塞初始速度、微燃烧室几何形状及活塞质量等因素对燃烧过程的影响规律。对于二甲醚与空气的混合气,研究表明存在临界压缩比,当压缩比大于18时混合气才能完全压缩燃烧。

发动机运转参数对均质充量压缩燃烧着火时刻的影响

为研究发动机运转参数对均质充量压缩燃烧(HCCI)着火时刻的影响机理,笔者采用了一个两区准维模型(分为绝热中间层区和热边界层区)对四冲程HCCI发动机压缩阶段的温度时间函数进行模拟,在此基础上进行了仿真计算,并研究了初始混合气温度、废气再循环(EGR)率、混合气浓度等运转参数对HCCI燃烧着火时刻的影响.结果显示,随着混合气初始温度的提高和废气再循环(EGR)率的增加,HCCI燃烧的着火时刻提前;而当混合气由稀变浓时,着火时刻推迟.

均质充量压缩燃烧数值模拟的研究动态

与传统的汽油机和柴油机相比,均质充量压缩燃烧(HCCI)方式由于其高热效率和低排放等突出的优越性已成为国际上的研究热点,数学模拟在其中发挥着日益重要的作用.因此,对近年来HCCI燃烧数值模拟研究的进展按单区模型、多区模型和多维CFD模型分别做了全面评述和讨论.前二者在HCCI总体燃烧特性预测与分析方面已取得了显著的成绩;而CFD与详细化学动力学耦合模型由于计算机资源的限制,目前尚处于发展初期.最后,对该领域存在的问题进行了讨论,对今后重点研究方向提出了建议.

气道喷射正庚烷缸内直喷异辛烷的分层充量压缩燃烧与排放特性

在一台单缸发动机上,通过进气道预喷正庚烷和上止点前缸内直喷异辛烷,对双燃料分层充量压缩燃烧(Stratified Charge Compression Ignition,SCCI)进行了试验研究.通过进气道预喷的正庚烷在进气行程形成均匀混合气并在上止点前发生两阶段反应,触发缸内直喷的异辛烷着火与燃烧,整个燃烧过程为分阶段燃烧,分析了不同负荷及预混合率时的燃烧与排放特性.结果表明:最大压力升高率为0.87 MPa/(°)时,最大平均指示压力(I MEP)可达到0.73 MPa,说明SCCI可以扩展运行负荷.预喷燃油量最大时的工况点,其NOx排放值较高;预喷正庚烷燃空当量比一定时,增加负荷,可以减小CO和THC的排放.

汽油机均质充气压缩点火燃烧过程的混合气形成

高效驱动动力学是BMW公司开发动力总成的指导思想,除了持续不断地改进动力总成之外,开发工作还致力于提高燃烧过程的效率,而均质充气压缩点火燃烧过程已为未来的动力总成提高效率和减少有害物排放提供了可能性。

汽油HCCI发动机燃烧相位及瞬态过程的控制

由于HCCI燃烧受化学动力学控制,燃烧相位控制一直是HCCI面临的挑战之一.通过缸内直喷方式,可以灵活控制HCCI燃烧相位.研究表明,在HCCI失火界限,在负气门重叠期喷入燃油,能够实现燃油重整,通过调整不同的负气门重叠喷油量,可以控制燃烧相位;在HCCI爆震界限,负气门重叠期的喷油会导致燃烧粗暴,NOx排放大量上升,而在压缩行程喷入燃油形成分层混合气,能够有效地控制燃烧相位,且不引起排放的恶化.通过负气门重叠喷油形成的组分控制和压缩行程喷油形成的浓度控制相结合,能够在整个HCCI运行范围内有效地控制燃烧相位.通过考察燃烧相位调整的瞬态过程,发现通过缸内直喷技术,能够在一个发动机循环内实现燃烧相位的调整,控制灵活,响应迅速.

基于离子电流的缸内直喷汽油机HCCI燃烧检测研究

在缸内直喷汽油机上,对基于离子电流的HCCI燃烧检测方法进行了研究.结果表明,直喷方式下,离子电流信号受背景噪声影响,信噪比较低.当过量空气系数φa<1.6时,信号特征值与燃烧相位线性对应关系良好;但φa继续增加时,信号幅值大幅减弱,二者线性相关系数显著降低.喷油策略也会对燃烧相位检测结果造成影响,在相同过量空气系数下,当两阶段喷油比例降低时,信号幅值下降,导致燃烧相位检测误差的增加.当转速升高时,信号幅值有所提高,从而导致了燃烧相位检测误差的降低.此外,离子电流信号特征值与缸内燃烧峰值压力及平均有效压力之间存在高度的非线性对应关系,难以通过该信号直接反映上述燃烧状态参数的变化.

汽油均质压燃燃烧的自由离子生成机理研究

将Warnatz离子生成机理耦合到异辛烷详细化学反应动力学模型中,研究了汽油均质压燃(HCCI)燃烧中H3O+、CHO+、e等离子或CH、O自由基的生成过程.采用了化学反应路径分析的方法研究了自由离子的生成过程.基于一台改造的双缸汽油机,试验研究了不同进气温度下,汽油HCCI燃烧的离子电流信号特性,并基于上述方法,对不同进气温度下离子电流变化特性的机理进行了分析.结果表明:通过化学反应路径分析能够得到某反应时刻混合气中各组分的生成情况及燃烧离子来源情况.不同进气温度下的缸内温度对CH自由基的生成起着关键作用;H3O+离子浓度的降低是离子电流幅值下降的直接原因.离子电流信号差分峰值相位、H3O+浓度差分峰值相位与放热率峰值相位之间均存在一定的相位差.

压燃式天然气发动机燃烧过程CFD模拟计算中的若干问题

化学动力学机理、燃烧模型类型以及网格数量等对CFD计算结果、计算过程收敛性及计算机时有十分重要的影响．针对一台新开发的压燃式天然气发动机的燃烧过程进行了较为深入的CFD模拟计算研究,分析对比了化学动力学机理、燃烧模型类型、网格数量以及计算步长取不同值或采用不同种类时对模拟计算的影响．结果表明,合理的简化机理既可以节省机时又有较好的计算精度；多维模型由于考虑了流场内温度场的不均匀性以及传热现象,计算结果与实测值比较吻合；网格数量主要影响计算的精度和计算机时,需要折中考虑．

二甲醚均质充量压燃发动机燃烧特性试验研究

通过改造一台压缩比为16 . 5的2 - 135柴油机,在其上实现DME的HCCI燃烧方式。试验结果表明,DMEHCCI发动机不但可以实现无烟燃烧,而且可以有效控制发动机NOx排放,使其接近0排放。在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷变化不大。

基于模型优化的HCCI燃烧规律

采用基于模型和仿真技术相结合的方法,来优化HCCI燃烧的气门参数控制规律.首先通过空间填充试验设计方法,设计出覆盖HCCI燃烧可以运行的全部气门组合范围的工况点,再利用一维仿真平台测试试验设计中的所有工况点,将得到的数据进行建模,把模型和Simulink进行耦合后寻找HCCI的燃烧规律.最后通过试验对燃烧规律进行进一步的验证和研究.该方法在保证了正确的燃烧规律研究的同时,大大减少了试验和数据分析的工作量.

催化燃烧对均质压燃发动机燃烧特性影响的数值模拟

通过运用DETCHEM软件包,对甲烷在催化剂Rh表面的详细反应机理进行了分析,结果表明数值模拟结果与实验数据相当吻合;通过耦合DETCHEM软件包及CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对活塞顶涂有催化剂铑的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程进行了数值计算,建立了单区和多区模型．利用单区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机着火时刻的影响,同时讨论了催化燃烧对燃烧过程中主要化学组分浓度变化的影响,结果表明催化燃烧会使HCCI发动机着火时刻提前;利用多区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机的未燃碳氢化合物(UHC)、氮氧化合物(NOx)排放的影响,结果表明催化燃烧能降低UHC的排放,但会提高NOx的排放．