发动机缸内自燃着火与火焰传播的调控

在一台轻型光学发动机上对比了部分预混压燃(PPC)和燃料活性控制压燃(RCCI)两种燃烧模式的着火及燃烧发展过程,并分别探究了不同喷射策略对两种燃烧方式的影响.研究发现,对于PPC燃烧模式,混合气浓度分层越小,燃烧过程中自燃占比越高;混合气浓度分层越大,燃烧过程中火焰传播占比越高.对于RCCI燃烧模式,缸内直喷高活性燃料比例较高时,燃烧是从高活性区到低活性区分阶段顺序自燃;缸内直喷高活性燃料比例较低时,燃烧是火焰传播与自燃共同主导的过程.从而阐明了PPC和RCCI相较于均质压燃(HCCI)能够实现更高负荷高效清洁燃烧的本质是,燃烧发展历程从单纯的多点自燃燃烧转变为火焰传播与自燃共存.

低辛烷值高挥发性燃料直喷压燃宽运行范围的燃烧模式

在一台单缸柴油机上采用低辛烷值高挥发性汽/柴油混合燃料,在不同转速和负荷条件下对比了部分预混压燃(PPCI)和多段预混压燃(MPCI)等多种压燃模式的燃烧和排放特性,并在宽运行范围与原机柴油试验结果进行对比,以确定宽运行范围的最优燃烧控制策略.结果表明:试验用低辛烷值燃料能够在宽运行范围实现压燃模式的稳定运行;为使燃烧排放结果最优,低负荷区间应采用单次喷射PPCI模式,中、低转速(中、高负荷)采用MPCI模式,高转速(中、高负荷)采用多次喷射PPCI模式;宽运行范围内低辛烷值燃料可以实现NOx排放低于0.4,g/(k W·h)、碳烟排放低于0.5,FSN及最高压力升高率低于1,MPa/(°)CA;与原机柴油燃烧结果相比,低辛烷值燃料可以同时降低NOx和碳烟排放以及燃油消耗率,但CO和HC排放增加,循环波动系数也略有增加.

重型柴油机部分预混压燃模式的燃烧与排放特性

在一台6缸涡轮增压重型柴油机上,基于单次喷射方式,通过调节喷油正时,结合EGR技术,实现了柴油机的部分预混压燃,分析了其燃烧放热特性随喷油正时、EGR、喷射压力和负荷的变化,研究了影响控制混合期与滞燃期的因素及其影响规律.结果表明:部分预混压燃(PPCI)燃烧模式兼具预混燃烧和低温燃烧的特征,是碳烟和NOx同时降低的重要因素,但低温燃烧和稀薄的混合气易于导致燃烧不完全,喷油推迟较晚时引起HC和CO排放显著增加,并引起燃油消耗率增大.这种PPCI模式下,提高喷射压力对NOx和碳烟排放的影响作用不明显,单纯增大喷油压力并不能改善PPCI模式的燃油经济性.当负荷提高至50%以上时,对于早喷预混模式已呈现扩散燃烧阶段,导致NOx和碳烟排放均增大.

DME部分预混压燃与缸内直喷复合燃烧的研究

在单缸二甲醚发动机上开展了DME部分预混压燃与缸内直喷混合燃烧(PCCI-DI)特性的研究。结果表明:DME PCCI-DI发动机具有较低的最高爆发压力和压力升高率。PCCI-DI DME发动机燃烧过程也表现出明显的两阶段放热特点,和HCCI DME发动机相比,两个放热峰值有所下降,第1个放热峰值位置基本不变,第2个放热峰值后移到上止点略后位置。

预混充量压缩着火和直接喷射对发动机性能影响研究

在一台2105柴油机上进行了部分预混充量压缩着火和直接喷射(PCCI-DI)复合燃烧对发动机有效热效率和排放等性能影响的研究.试验包括:在进气道预先对二甲醚燃料和空气进行混合,再将形成的均质混合气送入燃烧室;在压缩行程末期,利用压燃式发动机的燃油喷射装置将柴油喷入燃烧室,从而实现了PCCI-DI燃烧.试验结果表明,与传统直喷压缩燃烧方式相比,在中低转速和低负荷工况下,采用PCCI-DI燃烧模式的发动机能降低NOx和碳烟的排放量,提高有效热效率,但HC和CO排放量显著增加;随着二甲醚预混比的增加,NOx排放量略有所降,碳烟排放量可进一步降低.

燃烧与供油系统参数对二甲醚发动机热效率的影响

采用一部分二甲醚(DME)燃料在发动机进气管与空气预先混合形成均质混合气进入气缸,另一部分DME在压缩行程末期利用压燃式发动机的燃油喷射装置喷入燃烧室实现部分预混充量压缩着火与燃料直接喷射(PCCI-DI)燃烧,开展了燃烧与供油系统参数对DME PCCI-DI发动机热效率影响的试验研究.结果表明:在DME进气引导量为每循环31.6 mg的条件下,采用5孔、0.32 mm的喷油嘴,16 MPa的启喷压力,较低的涡流比和推迟喷油,可改善TY1100 DME PC-CI-DI发动机的热效率,使发动机在较宽广的转速和负荷范围内稳定运转.

预混压燃发动机的现状与未来(英文)

均质压燃(HCCI)的概念已被延伸到了更广的含义,越来越多与之相关的研究对象是其衍生出来的概念如非均质预混压燃(PPCI)并采用多种燃料的多次喷射技术。未来的柴油机和汽油机的结构设计(例如压缩比)逐渐接近,采用非均质预混压燃使得氮氧化物和颗粒排放物同时减少,而且可以一机使用多种燃料,特别是柴油和汽油类燃料可以离线或在线混合喷入缸内。目前增压内燃机压缩比逐渐降低的趋势可能在采用新的燃烧模式后会反向发展,以高压缩比和无节气门运行的预混压燃模式并结合增压技术是今后发动机提高热效率的主要途径之一。

汽油、正丁醇掺混柴油对部分预混压燃的燃烧和排放影响

通过一台高压共轨重型柴油机,使用汽油/柴油和正丁醇/柴油掺混燃料,掺混比例为40%、60%和80%(体积分数),研究了平均有效压力(BMEP)为0.48 MPa和0.95 MPa工况下汽油和正丁醇燃料掺混对柴油部分预混压燃(PPCI)模式的燃烧和排放影响.结果表明:随着汽油和正丁醇掺混比例的提高,滞燃期明显延长,更大程度地将喷油与燃烧过程分离,实现高比例预混燃烧.在BMEP为0.48 MPa工况下,各比例掺混燃料均易实现高比例预混燃烧,掺混比例为40%结合EGR即可满足欧Ⅵ排放限值,而掺混比例为80%时燃烧则受到压力升高率极限和燃烧效率恶化的约束.随BMEP升至0.95 MPa,各燃料滞燃期缩短、预混燃烧比例明显降低,掺混比例为40%和60%时,各掺混燃料均呈明显的扩散燃烧过程.相比于汽油,正丁醇掺混燃料在较低掺混比例可获得更低的有效燃油消耗率(BSFC)和soot排放,正丁醇以高掺混比例(80%)结合中等EGR率实现了87%的预混燃烧比例,NOx以及颗粒物排放分别为0.4 g/(kW·h)和0.0015 g/(kW·h).

大缸径船用柴油机部分预混压燃的试验研究

以某中速船用柴油机为研究对象,试验研究了基于二次喷射技术对船用柴油机性能和燃烧特性的影响。结果表明,基于二次喷射技术可以实现大缸径船用柴油机部分预混压燃(partially premixed compress ignition,PPCI)燃烧模式,二次喷射的预喷正时、预喷油量及燃油喷射压力对PPCI燃烧过程有明显影响。通过二次喷射策略在单缸机开展试验研究,确定了适用于大缸径船机的PPCI燃烧的燃油喷射控制策略:在平均有效压力(break mean effective pressure,BMEP)为0.3 MPa时,采用105 MPa喷射压力、上止点前20°预喷时刻和20%预喷油量,在BMEP为0.6 MPa时,选择120 MPa喷射压力、上止点前35°预喷时刻和28%预喷油量的喷油策略,可以实现较为理想的PPCI燃烧,燃油消耗率可改善3.1%~6.2%,碳烟排放降低51%~62%,压升率降低58%~70%。

喷射参数对二甲醚PPCCI发动机燃烧与排放特性的影响

在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高。

DTBP改性汽油PPCI燃烧与排放特性的试验研究

在单缸柴油机上研究了不同比例十六烷值增强剂二叔丁基过氧化物(DTBP)/汽油改性燃料对部分预混压燃(PPCI)燃烧与排放的影响。研究结果表明:DTBP能拓展汽油PPCI运行工况;随着DTBP含量的增加,滞燃期缩短,燃烧相位CA50靠近上止点,燃烧放热集中,缸内温度升高,最大压力升高率升高,预混燃烧所占比例减小;随着DTBP含量的增加,NO排放升高,未燃HC和CO排放降低,有效热效率提高。并研究了DTBP质量分数为1%时,喷油时刻与废气再循环(EGR)对PPCI燃烧与排放特性的影响。研究结果表明:在喷油时刻延迟到曲轴转角为上止点前5°时,NO排放大幅降低,未燃HC和CO排放有所升高,较高负荷时有效热效率提高;EGR率20%时,有效热效率基本无变化,同时NO排放降低了60%,未燃HC排放降低了20%,CO排放提高了30%。

EHN和DTBP对汽柴油PPCI燃烧与排放的影响试验研究

在一台单缸柴油机不改变喷油参数的条件下,对比研究了硝酸异辛脂(EHN)和二叔丁基过氧化物(DTBP)对汽柴油混合燃料部分预混压燃(PPCI)燃烧和排放特性的影响。研究结果表明:EHN和DTBP能够显著改善汽柴油混合燃料的低负荷着火性能。随着二者添加比例的提高,燃烧的着火时刻提前,燃烧相位靠近上止点,燃烧放热集中,缸内最大压力和最大压力升高率提高;随着二者添加比例的提高,NOx的排放增加,未燃HC和CO的排放降低,有效燃油消耗率降低。对比分别添加1%体积分数的EHN和DTBP的试验结果表明,同比例下EHN对G90低负荷着火能力的促进作用要比DTBP强。

基于倒拖缸压曲线预测的压燃发动机燃烧始点实时检测算法

针对压燃发动机部分预混燃烧的燃烧始点实时检测问题,提出了一种基于倒拖缸压曲线预测的燃烧始点检测算法:利用自适应系数对等效等熵指数进行预测,使用等效等熵指数预测倒拖缸压曲线,设定缸压阈值,当实测缸压与预测倒拖缸压的差值大于缸压阈值时判定燃烧开始。试验结果表明,基于倒拖缸压曲线预测的燃烧始点检测算法,倒拖缸压曲线预测的绝对误差小于20kPa,该算法能够在试验工况下实时检测燃烧始点。