国Ⅵ直喷汽油机颗粒数量及微观形貌排气输运演变特性

开展了某一国Ⅵ直喷汽油机三元催化转化器(TWC)前、TWC后、汽油机颗粒捕集器(GPF)后3个位置的颗粒物采样及微观形貌研究,分析了发动机工况、TWC、GPF对国Ⅵ直喷汽油机尾气颗粒数量、粒径分布、微观形貌的影响。结果表明,该直喷汽油机尾气颗粒数量排放整体上呈单峰分布,低转速小负荷工况下,粒径<23nm的颗粒数量较高。随着发动机转速和负荷的增大,峰值粒径向大粒径方向移动。直喷汽油机尾气颗粒物由“核‒壳”结构基本碳粒子堆积形成,呈链状、枝状、簇状等结构;负荷增大,颗粒物尺寸略有增大,基本碳粒子重叠度增强,分形维数增大;转速增大,颗粒物尺寸减小,基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。随着排气输运的进行,颗粒数量逐渐降低;TWC不影响颗粒的粒径分布形态,颗粒数量净化效率41.6%~94.2%,对<23 nm的小粒径颗粒净化效果较好,低转速小负荷工况的颗粒数量净化效率较高;GPF的颗粒数量净化效率约80%,23~100 nm颗粒数量净化效率较高,对粒径<10nm的颗粒净化作用不大。TWC和GPF不影响颗粒物结构形式,TWC和GPF后颗粒物基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。

二冲程半直喷航空发动机喷油策略研究

基于自主研发的二冲程低压半直喷航空发动机及控制系统,开展喷油控制策略及对发动机性能影响规律的研究。结果表明:对于不同的发动机运行工况,需要采取不同的喷油策略组合。在起动和怠速工况,采用进气道喷射的独立供油方式;在部分负荷及高负荷工况,采用进气道喷射和缸内直喷协同供油方式,随着发动机直喷比例的提高,燃油消耗率相应减小;与采用进气道喷射供油相比较,采用低压半直喷供油可以获得较理想的燃油经济性。

点燃式航空重油直喷发动机燃烧系统设计

为实现航空重油在点燃式二冲程发动机上良好的油气组织和燃烧,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真的方法针对点燃式二冲程航空重油活塞发动机开展了缸内直喷燃烧系统设计研究,获得了适用于航空重油发动机缸内直喷方式的燃烧室设计方法.通过缸内直喷燃烧室参数化设计,得到了主要结构参数对油气混合过程的影响规律,即燃烧室的偏置距离、半径和深度的变化会影响缸内气流、喷雾和燃烧室壁面三者间的相互作用,从而产生不同的油气混合效果.通过参数正交分析方法,以指示功率和指示比燃油消耗率为评价参数,获得满足性能要求的最佳燃烧室参数组合,结果表明:设计参数为偏置距离8 mm,半径23.5 mm,深度30.2 mm,可使发动机以2.4%的功率损失获得16.9%的经济性改善.

稀燃条件下掺烧乙醇重整气对直喷汽油机燃烧及碳烟排放影响的仿真研究

为解决直喷汽油机稀薄气体的燃烧及排放问题,采用掺烧乙醇重整气改善直喷汽油机的性能,并利用CONVERGE三维仿真技术从微观角度解释发动机的性能表现。结果表明,引入乙醇重整气可以改善缸内当量比分布,促进H基、OH基的生成,有助于燃烧的良好进行;随重整气掺混比的升高,HO_(2)和H_(2)O_(2)分布范围更广、浓度更高,在燃烧室内分层现象更加明显;随着重整气掺混比增加到20%,缸内碳烟的生成质量和数量密度峰值分别降低了90%和56.25%,直喷汽油机碳烟排放得到有效改善。

深色服装白墨直喷印花技术的研究

喷墨印花是具有发展潜力的新型印花技术之一,因深色服装印花困难,当前市场上深色服装常采用的喷墨印花为先丝网印白墨打底,再喷墨印花,工艺复杂,而深色服装白墨直喷印花先进技术可以代替。文中介绍了深色服装白墨直喷印花技术的应用现状和发展,阐述了白彩同出喷墨印花生产工艺流程。具体分析了印前分色原理、应用软件和性能要求,印前预处理目的、工艺处方和工艺方法,打印用白墨、彩墨的组成和物理性能指标,打印工艺类型、特点、难点和方法,印后烘干与固色工艺等,为深色服装白墨直喷印花生产提供参考方案。

液氨/二甲醚双燃料高压直喷燃烧特性模拟研究

基于CONVERGE软件分别对液氨和二甲醚(dimethyl ether, DME)液态燃料高压喷雾过程进行了数值仿真及验证,随后对液氨/DME双燃料高压直喷射流燃烧过程进行数值模拟,探究了两种燃料喷口位置、喷射策略及氨能量占比(ammonia energy ratio, AER)等因素对着火和燃烧特性的影响。结果表明:合理的燃料喷口位置距离可以有效促进氨燃料燃烧,但距离过近会导致DME喷雾受到氨射流喷雾强烈的降温影响,发生失火;与液氨–DME喷射次序相比,DME–液氨策略在高液氨能量占比条件下更能促进液氨充分燃烧;燃烧过程中一氧化氮(NO)集中生成于高温区域而二氧化氮(NO_(2))集中生成于中低温区域;在DME–液氨策略下将喷射间隔时间从0.5 ms增加到1.0 ms时,NO和NO_(2)的生成量减少;液氨能量占比从80%降低到50%时反而会导致NO和NO_(2)生成量增加。

高压直喷喷射器喷射规律与针阀升程同场测试方法研究

提高直喷式发动机的效率及减小其排放,需要充分了解喷射器瞬态燃料的注入过程。为揭示高压直喷(High Pressure Direct Injection,HPDI)喷射器燃气针阀的动态特性,文章通过多参数同场同时试验,研究针阀运动特性及其影响规律。测试结果表明:气体喷射压力和喷射脉宽是影响针阀运动特性的主要因素;随着喷射压力的增大,燃气针阀的提升速度增快;在相同的注入压力下,随着注入时间的增加,针阀的位移曲线由三角形变为梯形;由于燃料喷射过程中喷射器内部节流位置发生变化,喷射规律曲线与针阀运动曲线呈非线性对应关系。本研究结果可为HPDI喷射器的设计提供标定依据。

直喷米勒循环汽油机燃用甲醇/汽油燃料燃烧及排放特性分析

围绕高压缩比米勒循环发动机的热效率潜力及甲醇及甲醇/汽油混合燃料对燃烧过程和排放特性的影响进行了深入分析。通过试验对比分析,研究了不同压缩比下米勒循环与传统奥托循环的热效率,探究了甲醇燃料对发动机燃烧性能和排放影响的机理。结果表明,米勒循环在高速高负荷工况下相比奥托循环展现出更高的热效率潜力,同时能够提高对高压缩比的耐受性。试验所选2000 r/min、总平均指示压力(global indicated mean effective pressure,GIMEP)为0.66 MPa工况下,采用米勒循环后在压缩比分别为11.5和14.5时,指示热效率可相对于奥托循环提升约0.6和0.8个百分点。燃用甲醇/汽油燃料能够在保持负荷不变的情况下使燃烧相位提前,有助于进一步提升发动机指示热效率水平。当燃用纯甲醇时,高负荷工况下可显著改善燃烧过程,相比于汽油燃料,缸内最大压力增加约30%,指示热效率增加7.2个百分点,NOx排放明显升高,增幅达80%。此外,燃用甲醇燃料时核模态颗粒物数量显著升高,同时积聚模态微粒数量减少,不同模态微粒峰值均向小粒径方向迁移。

稀燃缸内直喷氢内燃机NH_(3)-SCR后处理系统工作特性研究

氢内燃机具有零碳排放的特点,是实现低成本碳中和的重要手段。但是缸内燃烧的高温环境会生成大量的氮氧化物(NO_(x))排放,在日益严苛的排放法规要求下,利用选择性催化还原(SCR)NO_(x)的后处理技术是拓展氢内燃机大规模应用、不断提升其动力性和经济性的必要手段。首先通过试验验证了Cu基分子筛的NH_(3)-SCR后处理系统是一种高效的针对直喷氢内燃机的NO_(x)净化方案,接着使用简化反应机理对NH_(3)-SCR反应过程进行了建模仿真,并研究了反应温度、空速和氨氮比对氢内燃机边界下NH_(3)-SCR还原NO_(x)的影响。研究结果表明:在稀燃缸内直喷氢内燃机边界下,NH_(3)-SCR低温活性仍保持良好,后处理系统起燃温度(T_(50))为110℃,活性窗口(T_(90))范围为150~425℃;在空速大于25000 h^(-1)时,NO_(x)转化效率都大于95%;当控制氨氮比为0.5,并保持反应温度在350~400℃时可保证最高的NO_(x)转化效率,实现直喷氢内燃机的近零NO_(x)排放。

直喷汽油机高效颗粒捕集器技术及控制策略研究

为了适应国家排放法规对汽油直喷发动机颗粒物监测粒径逐渐减小的要求,根据汽油直喷发动机排放开发目标,设计不同的汽油机颗粒捕集器(GPF)技术方案,通过发动机台架试验、转毂试验的测试选型确定捕集效率高、背压小的最优方案。建立了基于发动机原排和压差的GPF控制策略,结合GPF测试选型数据标定GPF碳载量模型、再生效率模型等,实现再生工况识别并协调再生控制。通过WLTC排放循环验证GPF控制策略,最优方案的捕集效率满足排放开发目标,有效降低了汽油直喷汽油机的颗粒物排放。

中压直喷喷氢器气束特性及排放特性研究

碳排放并非来自内燃机本身,而是燃料。氢内燃机保留了传统内燃机的主要结构和系统,可以利用工业副产氢气,通过燃烧方式转化能量达到与燃料电池相近的热效率,是实现“双碳”战略的可行技术方向。相比进气道喷射,具有更高的功率和扭矩输出的缸内直喷氢内燃机是目前行业研究的主流,而喷氢器的流量以及气束特性对缸内直喷内燃机的NO_(x)排放有着重要的影响。文章通过对中压直喷喷氢器的流量特性、气束特性及发动机排放特性进行测试研究,发现多孔气束可显著提升贯穿距,有利于缸内氢气与空气的混合,实现近零的NO_(x)排放及可达到50 kW/L的升功率,基本满足整车需求。

部分预混耦合EGR对天然气直喷发动机的影响

以一台四冲程高压直喷天然气发动机为研究对象,模拟研究了5种天然气预喷量耦合5种废气再循环(EGR)率对部分预喷天然气发动机的燃烧和排放特性的影响。结果表明,相比于高压直喷模式,部分预喷模式有着更高的缸内峰值压力、峰值热释放率和最大压力升高率。预喷比例的增加会提前发动机燃烧相位、缩短燃烧持续期,进而降低发动机的指示燃料消耗率,但是EGR的加入会削弱这种效果。较高的预喷量耦合中等比例EGR能够削弱NOx-soot的“trade-off”关系;30%EGR率耦合40%预喷量能够使发动机具有较低的指示燃油消耗率,产生较低的甲烷、未燃HC和CO排放,以及优于非预喷方案的NOx和soot排放特性。

脱硝直喷系统混流器改造

大唐国际发电股份有限公司积极响应国家号召,严格控制烟气排放。脱硝热解炉系统投入运行多年后,发现脱硝热解炉系统在运行中容易受操作、温度等影响,导致热解炉结晶,严重影响机组负荷。对脱硝系统进行改造,加装了脱硝直喷系统,但是在运行中逐渐显露出设计缺陷,对脱硝直喷系统的优化刻不容缓。基于此,进行针对性改造,采用对混流器增加旁路的改造方案。实际应用表明,改造后,在更换混流器时,切换尿素溶液流经管道,无需停运系统,既便于日常检修,又能保证机组稳定运行。同时,可以降低检修成本,减少检修人员的工作量,提升检修效率。

不同涂覆配方对缸内直喷发动机颗粒物捕集器性能的影响

为探讨不同涂覆配方对缸内直喷(GDI)发动机在颗粒物捕集器试验中的性能影响,采用台架标定系统PUMA软件对某GDI发动机不同涂覆颗粒物捕集器样件(GPF-A、GPF-B)进行台架试验,试验中未对发动机进行任何改动。试验结果表明:GPF-A、GPF-B的压差基本一致;在颗粒物捕集器温度为650℃下,随着氧流量的增加,GPF-A、GPF-B的燃烧速率均明显升高,且在相同氧流量下,GPF-A的燃烧速率较高;在氧质量流量为500 mg/s下,随着颗粒物捕集器温度的增加,GPF-A、GPF-B的燃烧速率均明显升高,且GPF-A的燃烧速率较高;GPF-A、GPF-B在700℃断油后的内部温度场变化较为一致,GPF-A在断油18 s后从初始温度710℃上升到最高温度960℃,而GPF-B在断油24 s后从初始温度705℃上升到最高温度942℃;发动机在台架中等负荷(70%额定负荷)、中等转速(3 000 r/min)的工况下运行相同时间,GPF-A捕集的载碳量较小,说明在此工况下,GPF-B的捕集效率优于GPF-A。

汽油直喷发动机中的电子控制技术分析

阐述汽油直喷发动机中的电子控制系统分类和特点,其结构有集中式控制系统、分布式控制系统和混合式控制系统。探讨汽油直喷发动机电子控制策略,包括燃油喷射、进气、频率响应控制策略。

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力,通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验,对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律.结果表明:稀释燃烧延长了燃烧持续期,降低了有效燃油消耗率(BSFC),减少了发动机传热损失,并降低了CO排放,稀释方式不同会导致HC和NO_(x)排放随稀释率的变化规律不同,但在高稀释率下,相比无稀释燃烧,HC排放升高,NO_(x)排放降低;相较于EGR,空气稀释对燃烧的抑制更弱,稀释边界更宽,BSFC降低效果更好,CO与HC排放显著更低,未燃损失更低,NO_(x)排放更高,且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在,但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高,这与排气损失更低有关,此时相较原机,BSFC降低了5.7%,NO_(x)降低了33%,均比φ_(a)为1.40时的降幅更大,证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力.

双直喷型柴油JCCI模式的参数优化数值模拟

针对双直喷型柴油射流控制压燃模式,利用三维数值模拟结合优化算法,分析了预喷正时、射流正时、初始温度、初始压力和预喷射能量比等参数对发动机燃烧与排放性能的影响.计算结果表明,射流正时可以有效控制着火相位和燃烧相位,预喷正时主要影响预混合气燃烧后期.当燃烧相位在6~8°CA ATDC区间时,发动机经济性最佳.射流正时和预喷正时均较晚时,燃烧呈现两阶段高温放热过程,整体燃烧速率大于射流正时与预喷正时均较早的单阶段高温放热过程,因此等效燃油消耗率下降6.80 g/(kW·h).

米勒循环结合两次喷射对缸内直喷发动机起动工况下混合气的影响

为探究直喷发动机第二次喷油时刻、两次喷油比例对燃油蒸发与混合气形成质量的影响,在一台汽油缸内直喷(GDI)发动机进气门早关(EIVC)米勒循环单次喷射的基础上,采用控制变量的方法,在两次喷油量相同的情况下,设计了7组不同的第二次喷油时刻方案,并在最优喷油正时的基础上,设计了6组不同喷油比例的方案进行试验。结果表明:在压缩冲程中后期,缸内湍动能随着喷油重心的后移而增强;随着二次喷油正时的推迟,更多的燃油附着位置从活塞顶部转向缸套表面;当二次喷油正时为进气上止点后150°曲轴转角、喷油比例为2∶1时,附壁油膜蒸发效果最佳,点火时刻缸内残余油膜量最少,较原机下降95%,并且该条件下当量比分布良好,在火花塞附近形成了当量比为1.3的微浓混合气,有助于火核的形成。

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。

喷射策略对直喷氢气发动机燃烧与排放的影响

为了提高缸内直喷氢气发动机的热效率,利用三维软件CONVERGE建立氢气发动机单缸仿真模型,分析了不同喷射策略对缸内混合气形成、燃烧与排放的影响。结果表明:随着喷射压力的增大,喷射持续时间缩短,喷氢持续期内湍动能增大,有利于提高混合气均匀性,但喷氢结束后缸内湍动能迅速衰减,对混合气的混合影响作用变小。喷射压力为4 MPa时,缸内形成的分层混合气促进了燃烧进行,使CA50更接近压缩上止点,热效率增大,但升高的燃烧温度使得NO_(x)排放增加。随着喷射正时延迟,混合时间缩短,均匀性呈现下降趋势,利用活塞顶部凹坑可提高混合气均匀性,上止点前100°CA时热效率提高,延迟至上止点前80°CA,均匀性过低,缸壁聚集大量浓混合气使传热损失增加,热效率降低。