不同喷射时刻下缸内直喷天然气发动机的燃烧特性

开展了天然气高压缸内直喷发动机不同喷射时刻时的燃烧特性研究。研究结果表明:燃料喷射时刻对发动机性能及排放有较大影响,喷射太迟会导致天然气和空气混合时间短,混合效果差,燃烧持续期长,放热速率慢。喷射过早会导致充量系数下降,燃料容易进入燃烧室狭缝间隙处,造成较高的HC排放。对于给定转速,发动机存在一个最佳燃料喷射提前角,此时缸内最高压力值最大,最大压力升高率和最大放热率最大,放热速率快,燃烧过程等容度好,火焰发展期、快速燃烧期和燃烧持续期短,发动机热效率高,HC、CO排放也维持较低水平。

某小型直喷天然气单缸发动机喷射时刻的优化模拟研究

传统的天然气直喷发动机为了提高充气效率,常常将喷射过程安排在进气门关闭后进行,这样难以充分利用进气冲程中气缸内的湍动能对天然气进行良好混合。本文针对一台由单缸化油器发动机改造的天然气直喷发动机,使用一维热力学计算优化发动机进气系统,然后通过CFD技术模拟两个典型喷气开始时刻对直喷天然气发动机缸内混合气发展过程与近燃烧时刻工质分布状况的影响,最终提出这一问题的解决方案。

燃油喷射正时对直喷式天然气发动机性能的影响(英文)

使用快速压缩装置研究了燃油喷射正时对直喷式天然气发动机性能的影响。研究结果表明 ,提早喷射(喷射正时 6 0 ms)会降低燃烧初期放热速率而增加后期放热速率 ;推迟喷射 (喷射正时 75 ms)会增加燃烧初期放热速率而降低后期放热速率 ;在喷射持续期结束时 (喷射正时 80 ms)点火放热持续期最短 ;提早喷射增加火焰发展期而推迟喷射会增加后燃期 ;在当量比相同且大于 0 .8的条件下 ,提早喷射会产生相对量低的CO,而推迟喷射会产生相对量高的 CO;在当量比为 0 .6～ 0 .8时 ,不同喷射正时条件下 NOx 均较高 ,喷射推迟 NOx 降低 ;在当量比为 0 .5～ 0 .8时 ,燃烧效率较高 ,当量比小于 0 .5或大于 0 .

压缩天然气缸内直喷发动机喷射方式对混合气形成及燃烧特性影响的模拟

利用FIRE软件仿真分析了将压缩天然气(CNG)燃料按不同喷射方式直接喷入气缸时对微观物理场及火焰传播机理和NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料的混合气形成机理取决于其喷入气缸后相对缸内空气的分离速度,喷射时刻通过控制喷射过程中向气缸喷入的动能来抑制天然气相对空气的分离速度,从而决定浓度场的分布;当早期喷射时缸内易形成上浓下稀的浓度分布,晚喷射时则易形成下浓上稀的混合气;NO的生成速率取决于当时当地的一定的混合气浓度和温度,当当量比或温度偏离某一范围时NO生成速率几乎为零;而NO的最终生成量取决于NO的生成速率、生成区域面积的大小以及生成反应持续时间。

喷射时刻对部分预混直喷天然气发动机性能影响研究

为探究采用部分预混直喷方式对天然气发动机燃烧性能及排放的影响,基于康明斯ISX发动机开展缸内过程CFD数值模拟研究,分析了部分预混直喷天然气发动机与高压直喷天然气发动机在相同负荷下燃烧及排放的差异性,进而探明柴油喷射时刻对部分预混直喷模式下发动机燃烧及排放性能的影响。研究结果表明,部分预混直喷天然气发动机在做功能力方面较高压直喷天然气发动机表现得更为出色,但由于预混合燃烧的特点,NOx排放会显著提高,通过优化柴油喷射时刻,从而控制燃烧相位,可以达到保持较高指示热效率的同时降低NOx排放的目的。

喷射时刻和掺氢比对直喷发动机燃烧特性的影响

在缸内直喷火花点火发动机上对天然气掺混氢气的体积分数为0％～18％的混合燃料不同喷射时刻下发动机的燃烧和排放特性进行了试验研究．研究结果表明：对于给定的喷射持续期和点火时刻，喷射时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响，喷射太迟燃烧持续期长，放热速率慢，喷射过早会导致充量系数下降；对于给定转速，发动机存在一个最佳的喷射时刻，此时缸内最高压力升高率和最高燃气平均温度高，燃烧持续期短，燃烧过程定容度高，发动机热效率高，HC排放低；在同一喷射时刻下，当氢气的体积分数小于10％时，HC排放略有上升，当氢气的体积分数达到18％时，发动机HC排放与纯天然气排放水平相当；掺氢对NOx、CO和CO2排放影响不大．

高压直喷天然气发动机HC排放

为了研究直喷天然气发动机碳氢的排放规律和影响因素,以一台电控增压直喷天然气发动机为对象,在不同工况下进行实验测试.为了分析转速、负荷、轨压和燃料喷射时刻对碳氢生成的影响,分别设计3组对比实验,在实验过程中采集示功图和碳氢排放,结合燃烧参数和排放结果分析.试验结果表明:采用过高或者过低的喷射压力均会使碳氢排放增加.在燃料喷射较晚时,碳氢排放随转速的增加而增加,在燃料喷射较早时,低转速下碳氢排放高于中高转速下的碳氢排放;中高转速下,随燃料喷射的提前,碳氢排放总体呈减小趋势,在低转速下,随燃料喷射提前,碳氢排放呈增加小幅增加的趋势.低负荷时碳氢排放明显高于中高负荷时碳氢排放;当中低负荷时,碳氢排放随燃料喷射的提前而降低,当高负荷时,碳氢排放受燃料喷射时刻的影响较小.

直喷天然气发动机稀薄燃烧特性的仿真试验

在缸内直喷压缩天然气(Compressed natural gas,CNG)试验样机进行火焰传播特性可视化研究的基础上,仿真计算分析了不同喷射方式和不同点火方式对缸内浓度场、温度场等微观物理场的影响,以及这种微观物理场对NO生成规律的影响。结果表明:缸内浓度场的分布特性直接影响火焰传播速度和温度场,是控制稀薄燃烧过程的关键,可通过喷射方式来控制;点火方式主要改变温度场由此影响NO的生成规律;浓度梯度越大,火焰传播速度越快,稀薄燃烧稳定性越好;通过双点点火方式可以有效控制火焰传播速度。

柴油引燃缸内直喷天然气发动机燃烧和排放特性研究

为研究天然气和柴油喷射时刻对双燃料发动机的燃烧特性的影响,通过AVL-FIRE软件,以固定喷射间隔下的不同喷射时刻为研究变量,对其进行仿真研究。研究结果表明:随着天然气喷射时刻的推迟,缸内平均压力和温度的峰值逐渐降低,减小了发动机的机械负荷和热负荷;天然气于上止点时刻喷射,速燃期和缓燃期的时间之和最短,燃烧过程最快;氮氧化物排放量随喷射推迟有明显减少,故推迟燃料的喷射有利于优化排放。

天然气发动机燃料供给系统研究现状

天然气作为发动机一种重要的“清洁燃料”,日益受到人们的重视 ,也使天然气发动机在国内外均获得了较快的发展。主要分析了天然气在燃料供给方面的研究开发现状 ,包括进气道喷射、缸内直喷和预燃室进气 ,以及未来的研究方向。

不同喷射时刻缸内直喷天然气燃烧特性(英文)

利用快速压缩装置研究不同喷射时刻缸内直喷天然气燃烧特性 .结果表明 ,天然气直喷燃烧可实现快速燃烧 ,缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可明显缩短燃烧期 .与均匀混合气燃烧相比 ,碳氢的排放增加 ,缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可达到均匀混合气燃烧时相同的排放量 .在很宽的当量比范围内 ,NOx 增加 ,而CO仍维持很低数值 ,且不受喷射时刻的影响 .直喷天然气燃烧可实现较高的压力升高值 ,且其数值不受喷射时刻的影响 。

喷射器位置对天然气发动机燃烧特性的影响

以高压直喷天然气发动机为研究对象,借助计算流体仿真软件CONVERGE探究高负荷下喷射器布置对缸内燃烧及排放特性的影响。每种燃料(柴油和天然气)分别通过2个独立喷射器实现缸内高压直喷,设计了中心对称和左右对称两种布局方式,并基于每种布置开展喷射器距离对发动机性能的影响研究。结果表明:喷射器距离影响柴油火核与射流区的相对位置,进而影响对天然气的引燃效果。两种布置方案下燃料分布差异大,随着喷射器距离增大,左右对称布置下富燃现象得到改善,中心对称布置下更多燃料分布在近壁处,火焰传播速度减慢;采用中心对称布置,燃烧持续期缩短,指示平均有效压力和缸内峰值压力提高,燃烧重心CA50提前,soot排放减少而NOx排放增加。

缸内直喷CNG发动机喷射方向对燃烧过程影响模拟研究

燃烧过程是决定发动机性能的关键因素之一,应用CFD软件分析研究天然气喷射方向对一台缸内直喷CNG发动机燃烧过程及排放的影响。结果表明,不同的喷射方向决定了混合气在气缸内的浓度分布。在所模拟工况下,存在一个最佳的喷射方向,此时平均指示压力高,发动机的性能较好。

天然气发动机电控单元原型的研制

为将NQ120柴油机改装成天然气单燃料发动机,对其喷射及点火系统进行深入研究。设计了具有点火及喷射功能的电控系统原型,包括系统硬件和软件;基于Labview的串行通信模块开发了一款在线标定监控软件。台架试验结果显示,该电控系统原型可精确控制点火时刻和燃料喷射量,完善后具有很好的应用价值。

不同负荷下喷射时刻对重油发动机性能的影响

针对某型采用空气辅助燃油喷射系统的二冲程直喷重油发动机,通过试验研究了在中间转速小负荷与高转速大负荷工况下喷射时刻对直喷重油发动机动力性、经济性以及排气温度的影响。试验结果表明:在小负荷工况下,随着喷射时刻的提前,功率增大,油耗率降低,排气温度随负荷的加大下降幅度增大;在大负荷工况下,随着喷射时刻的提前,虽然存在1个或多个不稳定运行工况点,但总体上功率先增大后减小,油耗率先下降后上升,排气温度先下降后回升,可调整喷射时刻范围较大。

基于喷孔布置及喷射参数协调控制的双直喷发动机燃烧及碳烟排放特性研究

通过建立三维计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)柴油/天然气双直喷模型耦合多组分混合物简化化学动力学机理及现象学碳烟模型,模拟研究了天然气射流中心轴线与水平方向夹角α、天然气喷射持续期(natural gas injection duration,NID)的协调作用对柴油微引高压直喷天然气发动机燃烧过程及碳烟生成、氧化过程的影响。结果表明:缩短NID可提高扩散火焰的传播速度,增加燃烧区域的化学反应速率,且最高燃烧压力、峰值放热率、最大压力升高率(maximum pressure rise rate,MPRR)、指示热效率(indicated thermal efficiency,ITE)升高;随NID缩短,A_(4)、C_(2)H_(2)消耗反应速率增加,OH生成峰值增加,碳烟生成降低而氧化增强。增大α促进了大尺度涡旋结构的生成,降低了进入挤气区域的燃料比例,同时利于ITE的改善;较短的NID下,增大α后最高燃烧压力、峰值放热率提升明显;α增大至20°可显著降低A_(4)、C_(2)H_(2)生成峰值,抑制碳烟成核及表面生长反应,降低碳烟生成。综合考虑最高燃烧压力、ITE、MPRR及碳烟排放,确定两个优化方案分别为:α=15°&NID=16.5°及α=20°&NID=21.5°。

天然气发动机热效率历史首次超越柴油机

11月20日,潍柴对外发布了本体热效率达到54.16%的天然气发动机商业化产品,同时发布了由该集团研制的本体热效率达到52.28%的柴油发动机,意味着天然气发动机热效率历史首次超越柴油机。2018年以来,潍柴持续开展高效高压直喷天然气发动机关键技术攻关,成功把高效增压、低阻力、低摩擦等柴油机高热效率关键共性技术应用在天然气发动机上;发明了双燃料融合喷射多点稀薄燃烧技术,实现燃料喷射的精准控制,燃烧速度提升100%;发明了以双台阶燃烧室系统为核心的双燃料融合喷射燃烧系统,提升发动机热效率的同时降低污染物排放,申报专利165项,授权专利135项。

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。

船用直喷式天然气发动机喷射策略的优化

利用CONVERGE软件基于L23/30DF型船用天然气发动机建立了双天然气喷嘴、双引燃柴油喷嘴的直喷天然气发动机的缸内燃烧过程的CFD计算模型,计算了不同的柴油和天然气喷射时刻和间隔下发动机缸内燃烧和排放过程。结果表明:引燃柴油的喷射时刻及其与天然气喷射时刻的间隔,对直喷式天然气发动机燃烧和排放性能有重要影响。当喷射时刻为-25℃A时,发动机具有较高的缸内爆发压力和良好的排放性能。在引燃柴油和天然气喷射间隔为16℃A时,可获得最高的缸内爆发压力,此时soot排放降低了22%。

可视化缸内直喷气体机燃气喷射控制系统设计

通过可视化手段研究缸内混合气的形成,对发动机燃烧和排放的研究有着重要的借鉴意义。本文为一台可视化缸内直喷气体机开发了高压燃气喷射系统,系统包括传感器、上位机软件、下位机喷射控制板及燃气喷射阀等部分。开发了喷射控制板的硬件电路及软件程序,并通过试验对燃气喷射阀的控制进行了优化。在可视化发动机上进行试验研究,研究结果表明开发的系统满足研究需要。