EGR率对阿特金森发动机稀薄燃烧及排放的影响

基于1台1.5 L直列三缸缸内直喷汽油机,开展不同EGR率下的过量空气系数(λ)扫描试验,探究不同程度的稀薄燃烧工况下EGR率对燃烧和排放的影响。研究结果表明:EGR率和λ增大均会导致峰值压力下降,燃烧循环变动率增大,燃烧推后并且持续期延长。指示燃油消耗率随EGR率增加而增加,随λ增加先升高后降低。当EGR率为0、λ为1.15时,燃油消耗率出现最小值。引入EGR可大幅降低NO_(x)排放,但会导致HC排放增多,通过一定程度的稀薄燃烧可以抑制HC上升。同时,稀薄燃烧对降低CO排放的效果也明显比EGR的效果大;当EGR率为0时,通过稀薄燃烧可使CO排放最大下降86.7%。因此,稀薄燃烧与适量EGR率(7%)耦合可作为降低发动机综合排放的一个有效手段。

船用预燃室式天然气发动机稀薄燃烧特性试验

以船用预燃室式天然气发动机为研究对象,以点火正时(SOI)和过量空气系数(φa)为变量开展缸内稀薄燃烧特性影响规律的研究.在此基础上对试验数据开展主效应和帕累托分析,得出量化的规律性结果.结果表明:一方面,影响着火延迟和燃烧放热速率权重较大的为SOI,通过优化可以将滞燃期缩短至12°CA以内,将燃烧重心控制在14°CA ATDC以前;而对于燃烧持续期,影响权重较大的为φa,将各工况下φa控制为1.66~1.84,可以将燃烧持续期控制在28°CA以内;另一方面,φa的运行范围已经达到并超过了车用重载的稀薄极限.由于采用了独立供气的预燃室形式,船用预燃室式天然气发动机可在缸径较大、平均有效压力(BMEP)较高的前提下实现比重载天然气发动机更加稀薄的燃烧组织,从而有利于实现较高的热效率,同时更好的兼顾NO_(x)排放.

过量空气系数对天然气发动机燃烧及排放的影响

研究了过量空气系数(λ)对天然气发动机燃烧及排放的影响。研究结果表明,当λ>1.2时,随着其不断加大,滞燃期和主燃期变长,放热率降低,NOx排放减少,CO和HC排放增多,发动机的热效率降低,比气耗加大;稀薄燃烧天然气发动机的各个工况都存在最佳的过量空气系数值,在该值下,发动机的NOx、CO和HC排放及比气耗都较低,排气温度很低,发动机经济性和可靠性最佳。

高压缩比稀薄燃烧天然气发动机的燃烧与排放特性

在稀薄燃烧技术的基础上,提高压缩比可以深入发掘稀薄燃烧天然气发动机的潜能,进一步改善天然气发动机的热效率。为此,在一台进气道喷射天然气发动机上,研究了过量空气系数以及压缩比对发动机燃烧和排放特性的影响。在压缩比分别为10和12的情况下,调整过量空气系数变化范围为1.0～1.4。试验结果表明:随着过量空气系数的增加,最高燃烧压力、最大压力升高率与缸内最高燃烧温度均先升高后下降,气耗率先下降后升高,平均指示压力的循环变动最高不超过8%,CO排放量大幅降低,HC排放量先降低后升高,NOx排放量先略微升高后大幅降低。提高压缩比后,发动机热负荷增加,气耗率降低,平均指示压力的循环变动系数升高,CO排放量降低,HC排放量升高,NOx排放量变化不明显。

过量空气系数对柴油/甲醇RCCI发动机非常规排放特性的影响

为探究柴油/甲醇反应活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)发动机非常规排放特性及影响机理,该研究对某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RCCI发动机专用试验台架,系统研究了不同甲醇替代率、过量空气系数对发动机非常规排放物的影响规律。结果表明:最大转矩转速(2 000 r/min)、不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,柴油/甲醇RCCI发动机甲醇、甲醛、芳香烃碳氢化合物和SO_2排放量升高,非甲烷总烃、CO_(2)排放降低;25%负荷、甲醇替代率从0%增加到15%,CO_(2)排放量降低4.5%;100%负荷、30%甲醇替代率时,CO_(2)排放量较纯柴油模式减少6.8%。随过量空气系数减小,未燃甲醇、甲醛、非甲烷总烃和SO_2排放量降低,CO_(2)排放升高;25%负荷下,过量空气系数从3.48减小到3.05,5%、10%、15%替代率下甲醇排放量分别降低16.9%、12.7%和14.5%,甲醛排放量分别降低8.8%、10.8%和10.5%,非甲烷总烃排放量平均下降75%;100%负荷下,过量空气系数从1.6减小到1.38,10%、20%、30%替代率下甲醇排放量分别降低45.6%、45.9%和43.9%,非甲烷总烃排放分别降低18.2%、27.3%和60%,甲醛排放量平均减少34.4%;高负荷下芳香烃碳氢化合物随过量空气系数的减小而升高,低负荷下变化不明显;RCCI模式下,碳氢化合物的主要成分是未燃甲醇和甲醛,适当关小节气门开度,减小过量空气系数,对降低非常规污染物排放有利。外特性工况下,随发动机转速增加,未燃甲醇、非甲烷总烃、二氧化碳排放降低,甲醛排放增多;不同转速下随着甲醇替代率增加,非甲烷总烃和二氧化碳排放降低,未燃甲醇和甲醛排放量增加。研究结果可为柴油/甲醇双燃料RCCI发动机非常规排放物控制奠定理论基础。

褐煤半焦贫氧旋风燃烧特性研究

在实验室规模的小型立式旋风筒中,对工业制备的内蒙古锡林浩特褐煤半焦的贫氧旋风燃烧特性进行了试验研究。结果表明:在过量空气系数为0.5~0.9时,贫氧燃烧产物的热值在1 500~3 500kJ/m3之间,且随着过量空气系数的增加而降低;随着过量空气系数增加,半焦燃烧碳转化率增高,当过量空气系数>0.6时,半焦燃烧碳转化率>97%,炉内燃烧区温度升高,在过量空气系数为0.7时,燃烧区温度可达1 280℃,高于灰熔点,这对保证液态排渣非常关键;给料量增加对半焦燃烧特性影响不大,表明旋风筒燃烧室对燃烧褐煤半焦具有良好的负荷调节特性;贫氧燃烧条件下,旋风筒NO的排放质量浓度较低,随着过量空气系数和给料量的增加,旋风筒NO的排放质量浓度提高。

天然气发动机燃烧与排放特性数值模拟分析

利用发动机建模软件建立了某型号天然气发动机的数学模型,通过变参数模拟分析,探讨了压缩比、空气过量系数、点火提前角对天然气发动机的燃烧特性和NOx排放特性的影响。模拟结果表明:当其他运行条件不变时,发动机最大爆压、缸内最高温度以及NOx排放量随压缩比、点火提前角的增大而增大,随发动机空气过量系数的增大而减小。

贫煤空气分级燃烧NO_(x)排放特性试验研究

采用煤粉燃烧自维持一维试验炉研究了低挥发分贫煤空气分级燃烧和NO_(x)排放特性,重点研究了空气分级深度、分级燃尽风喷口位置对贫煤燃烧NO_(x)排放的影响,探索能够实现低NO_(x)排放的空气分级燃烧布置方式。结果表明:随着主燃区过量空气系数αM减小,炉膛出口NO_(x)质量浓度逐渐降低,当αM为0.70时NO_(x)还原效率可以达到33.1%;随着分级燃尽风位置比Ms增加,煤粉颗粒在还原区内停留时间延长,炉膛出口NO_(x)质量浓度进一步降低,并存在一个最佳分级燃尽风位置比;当αM为0.85时,最佳分级燃尽风位置比Ms为0.47,对应的炉内NO_(x)还原效率为37.7%。