燃料敏感性对部分预混燃烧影响的试验研究

配制辛烷值相同而敏感性不同的高辛烷值燃料,在一台改造的单缸试验发动机上进行了燃料敏感性对部分预混燃烧的燃烧和排放特性影响的研究。采用的不同敏感性的燃料为配制的甲苯参比燃料和市售92#汽油。研究结果表明:燃料敏感性越高,滞燃期越长,油气混合越充分,预混燃烧比例越大,NOx排放越高。燃烧重心(CA50)随着敏感性的增高先推迟后提前,敏感性为2的燃料CA50最迟。燃料敏感性越低,压升率越低,而市售92#汽油挥发性较强,预混比例较大,最大压升率最高;敏感性为2的燃料在上止点附近放热较多,指示热效率较高;汽油及敏感性为5和8的燃料的碳烟排放比其他燃料低。

乙醇/汽油双燃料双直喷模式下分层稀薄燃烧试验研究

针对乙醇与汽油固定掺混比例下使用不能充分发挥乙醇燃料优势的问题,开发出了乙醇汽油双燃料双直喷系统,并在一台点燃式单缸试验机上进行试验,研究了稀薄燃烧下3种不同的喷射策略对发动机燃烧和性能的影响。研究发现:在稀薄燃烧的情况下,随喷射时刻的推迟,不同喷射策略下动力性呈现先增长后降低的趋势。在保证喷油量不变时,有效热效率随过量空气系数增大而明显提高,当量燃油消耗率逐渐降低。随喷射时刻的推迟,热效率呈现先升高后降低的趋势。在过量空气系数为1.2,汽油喷射时刻为上止点前180°,乙醇喷射时刻为上止点前300°时,有效热效率达到最高值40.5%。此外,相比于汽油,添加乙醇燃料使得稀薄燃烧更稳定,循环波动更小。

直喷式柴油机燃烧室几何形状对排放影响的多维数值模拟研究

在保证压缩比相同的情况下,设计了3种不同形状的燃烧室。运用AVL公司开发的FIRE软件,对3种不同形状燃烧室进行了三维数值模拟,分析了上止点附近气缸内的气体流动情况,并对3种燃烧室内的排放情况及影响排放的主要因素进行了比较分析,得出:径深比过小,即燃烧室过深,不利于空气与油气的良好混合,易造成局部油气过浓,从而局部缺氧,产生较多碳烟;径深比过大时,油气雾化好、燃烧早、温度上升快,NOx生成量增加。最后,通过模拟计算与试验研究相结合,验证了模型并选取了最优形状的燃烧室。

吸附还原催化系统降低稀燃汽油机NO_x排放试验研究

采用NOx吸附还原催化器和传统的三效催化器组合而形成的新型催化转化系统,在一台改装的产品四气门电控燃油喷射准均质稀燃汽油机上进行了催化技术降低稀燃汽油机NOx排放的试验研究。试验结果表明:当t稀∶t浓=200 s∶20 s时,仅用NOx吸附还原催化器或三效催化器位于吸附还原催化器之后的催化器布置可以使稀燃汽油机的NOx排放降低到300×10-6左右,降低62.5%,而三效催化器位于吸附还原催化器之前的催化器布置可以大幅降低稀燃汽油机的NOx排放,达到50×10-6左右,降低93%。而且随着t稀∶t浓绝对时间的减小,稀燃汽油机的NOx排放浓度降低。稀燃汽油机转速和负荷增大,NOx排放浓度增大,NOx催化转化率CNOx减小。

甲醇不同替代比率对DMCC排放影响的试验研究

对比研究了加装氧化型催化转化器后,甲醇对柴油的不同替代比率条件下柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)系统发动机排放的差异。试验结果表明,为使DMCC发动机的NOx、THC和CO的综合排放最优,在低负荷时,替代率不宜超过2200/;中等负荷时,保持3500/的替代比率较为理想;大负荷时,替代率可以增加,但不宜超过5000/。研究发现,起燃温度较低的氧化催化转化器对全面改善DMCC发动机排放起着非常重要的作用。本研究结果为使DMCC燃烧方式实现低排放提供了重要途径。

HCCI汽油机缸内热力学状态的影响因素

缸内热力学状态对汽油机HCCI着火及燃烧过程有着决定性的影响.本文在全可变气门机构单缸试验发动机上,系统研究了残余废气率、有效压缩比、空燃比、进气温度、冷却水温、进气流态以及发动机转速等参数对缸内热力学状态的影响规律.研究发现,在较大区域改变内部残余废气率时,HCCI燃烧存在热状态自稳定效应.内部残余废气、冷却水温、进气温度、空燃比、有效压缩比都可以作为控制HCCI燃烧缸内热力学状态的参数.通过对内部残余废气率、有效压缩比以及空燃比的协同管理,可以实现对缸热力学状态的快速管理,进而实现对汽油机HCCI燃烧相位的控制.

发动机可变进气系统流动特性模拟分析与试验研究

对一1.25L单缸4气门发动机进行可变进气的改进设计,以便优化发动机的中小负荷性能。以初步设计的进气道模型为基础,建立了评价进气道稳流特性的计算模型,对不同进气模式在不同的气门升程下的进气道和缸内流场进行了模拟计算,得出了进气道内的气流分布、流量系数、涡流比和滚流比等参数,并与气道稳流试验数据进行了对比分析。

不同含氧调合汽油燃料的整车及排放性能试验研究

将甲醇、乙醇、正丁醇和2,5-二甲基呋喃(DMF)分别与市售编号为92号汽油按照体积比为1∶9的比例混合,连同纯汽油组成M10、E10、B10、F10、G1005种燃料,在一辆缸内直喷(GDI)乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明,在新欧洲驾驶循环(NEDC)下,丁醇混合燃料的百公里体积油耗和去除热值影响的当量油耗均是被测5种燃料中最低的,其余3种含氧燃料掺混后的百公里体积油耗和当量油耗均高于纯汽油燃料;除M10的CO排放比汽油低外,含氧汽油的CO和THC排放均高于汽油;掺混3种醇类燃料均能够降低NO x排放,F10的NO x排放与纯汽油相当;4种含氧汽油大幅降低了颗粒物质量和数量排放。向汽油中添加含氧燃料能够降低汽车在中高车速稳定运行时的油耗和排放,但添加含氧燃料后的汽油比纯汽油更加不适应低车速和起动工况。在动力性方面,4种含氧汽油均缩短了汽车的加速时间。

重型柴油机WHTC循环低温冷起动排放特性研究

基于满足国Ⅵb阶段排放标准的柴油发动机,在配备低温环境仓的发动机台架上开展WHTC循环排放测试。设置多个环境温度,对比CO,HC,NO_(x),PN及PM的比排放结果。分析环境温度、中冷后温度、排气温度与排气污染物的关系以及WHTC循环3个阶段不同环境温度下CO,HC,NO_(x)和PN排放特性的差异。结果发现:环境温度降低,NO_(x),CO和HC比排放值逐渐增加,PN比排放值总体减少,PM比排放值先减少后升高;环境温度分别为-10℃和-15℃,且尿素冻结的状态下,NO_(x)比排放是尿素未冻结状态的1.2倍和3.3倍;阶段1、阶段2工况下,NO_(x)排放控制主要以DOC和EGR为主,阶段3的大扭矩、大负荷工况则更依赖SCR;CO和HC比排放结果中环境温度引起的差异主要发生于阶段1工况。环境温度-15℃和-20℃条件下,阶段1至阶段3的PN平均浓度均低于100个/cm^(3)。

车用Urea-SCR系统NO_x动态转化效率的试验研究

为使Urea-SCR技术应用于拖拉机用柴油机,研究了Urea-SCR系统的NOx动态转化效率的影响因素。在发动机排放试验台上,使用6L280柴油机和产品SCR系统,采用SCR性能动态测试方法,考察了发动机整个工作区域的SCR动态过程。试验结果表明,一定条件下NOx动态转化效率与催化器氨存储量呈二次多项式关系,催化反应温度对此影响很大,空速影响很小;NOx动态转化效率的变化规律可用四维脉谱表达。

低散热压燃点火天然气发动机的设计与试验

为实现单一燃料天然气的压燃着火,针对天然气自燃温度高的特点,设计了具有低散热结构的分隔式燃烧室,同时设置了进气管空气加热装置和分隔室内陶瓷电热塞加热装置。实验研究了分隔室通道尺寸、进气管空气加热温度、燃烧室陶瓷隔热涂层对天然气压燃着火过程的相关影响。

复合EGR对增压柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台两级增压高压共轨柴油机上,在B25和B50工况进行了高压、低压及复合EGR三种EGR方式的试验研究。研究结果表明:在试验研究工况,低压EGR能够保持充足进气量,实现较高EGR率,获得低NOx排放,并在较大EGR率范围保持低碳烟比排放,但是其泵气损失较高,燃油经济性较差。高压EGR在一定EGR率范围内可以有效降低泵气损失,但其对增压器工作能力影响较大,EGR引入能力受到限制;采用进气节流的方法,可以提升其EGR引入能力,但是会造成比油耗明显上升,同时碳烟比排放迅速增大。对高、低压EGR比例进行优化后的复合EGR方式能够有效降低泵气损失,在宽广EGR范围内保持良好的燃油经济性。同时,由于复合EGR一方面增强了EGR引入能力,同时具有较高的进气量,在B25工况复合EGR的EGR率在47%时,此时其NOx比排放为0.67g/(kW·h),碳烟比排放为0.016g/(kW·h);B50工况复合EGR率为33%时,NOx比排放为1.27g/(kW·h),碳烟比排放为0.080g/(kW·h)。复合EGR在较大EGR率下可以同时实现低NOx和碳烟比排放。

能量密度和壁面温度对爆震影响的试验研究

基于一台快速压缩机(RCM)试验平台开展了能量密度和壁面温度及其相互作用对异辛烷/空气和正庚烷/空气混合气爆震强度的影响。研究结果发现:随着能量密度和壁面温度的提高,两种燃料的爆震强度均显著提高。对于异辛烷/空气混合气,能量密度对爆震强度的影响随着壁面温度的升高显著增强,且壁面温度对爆震强度的影响也随着能量密度的升高而显著增强。而正庚烷/空气混合气基本不存在上述关系,其爆震强度一直处于较高水平。这说明能量密度和壁面温度对不同反应活性燃料爆震强度影响规律有所差异。

可变滚流对缸内流动循环变动影响的试验研究

利用PIV技术在一台基于直喷汽油机(gasoline direct injection,GDI)改造的光学发动机上测量了缸内滚流运动,通过进气道入口处翻板和进气道内挡板改变缸内滚流比,并利用本征正交分解(POD)方法将流场分解为平均流场、拟序流场、过渡流场和湍流流场,分析滚流运动对气流循环变动的影响。试验结果表明:翻板和挡板的组合能有效改变流场结构,使GDI汽油机缸内形成大尺度的单一滚流,滚流比提高近三倍。通过本征正交分解分析发现,拟序流场中拟序结构涡团的变动是缸内气流循环变动的主要来源。大尺度强滚流使平均流场占能比例大幅提升达30%,减少了能量向拟序流场的传递,使拟序流场循环变动降低近50%,从而抑制了缸内气流运动整体的循环变动。

不同喷油压力对汽油压燃中高负荷性能试验研究

基于一台改装后的压缩比为17的压燃式单缸发动机,展开不同喷油压力对汽油压燃燃烧模式发动机燃烧特性、爆震特性、效率特性和排放特性的研究,结果表明随着喷油压力的增加,缸内混合气形成速度加快,混合气着火时刻提前,燃烧持续期缩短,热效率呈现出先增大后略微降低的趋势。喷油压力的增加使得发动机爆震趋势增强,为降低最大压力升高率和爆震强度,采用推迟喷油策略,但高喷油压力下缸内燃烧对喷油时刻变得敏感,易产生较大的平均指示压力循环波动或爆震,燃烧控制难度增加。对不同喷油压力下爆震循环的缸压信号进行分析得出喷油压力对爆震频率无明显影响。喷油压力升高会使得未燃碳氢和CO排放降低,但同时也会使得NO x排放增加。

外部废气对汽油机HCCI燃烧调控作用的数值模拟

基于三维仿真平台,研究了不同外部废气率时汽油机均质充量压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)燃烧着火前缸内平均热状态、温度和废气分布特征及燃烧过程的变化,重点分析了外部废气造成的温度分布变化对自燃过程的影响。模拟结果表明:保持内部废气率不变,外部废气率从0增至15%,缸内总工质质量基本不变,但混合气比热容增加,使得着火前平均温度下降了约30K,平均氧浓度降低了约2%;同时,缸内温度分布更均匀,温度不均匀度降低了38%,而废气不均匀度降幅不到4%。研究结果表明:缸内温度分布变均匀,加快了自燃点扩散速度,同时也改变了初始自燃点的产生位置,但这种分布状态的变化并不能在宏观上影响HCCI着火时刻和燃烧持续期;缸内平均温度和氧浓度降低是外部废气推迟HCCI着火、抑制过快燃烧的主要原因。

混合控制低温燃烧策略对柴油机性能的影响

基于混合控制低温燃烧,以降低柴油机排放和提高有效热效率为目的,在1台单缸柴油机上评价了两种混合控制低温燃烧策略。首先通过常规方式引入大量冷EGR降低缸内燃烧温度,其次采用Miller循环,通过推迟进气门关闭时刻减小有效压缩比,并耦合增压压力实现低温燃烧。研究发现,大EGR率和Miller循环均可同时降低NO_(x)和Soot排放,但二者作用机理并不相同:大EGR率通过降低燃烧温度避开NO_(x)和Soot生成区域,而Miller循环的燃烧温度降低幅度有限,所以NO_(x)降低程度较小,但局部当量比大幅降低使Soot排放显著降低。大EGR率以牺牲效率为代价,有效热效率(BTE)由净指示热效率(ITEg)和燃烧效率决定,Miller循环燃烧效率较高,具有更优的排放和效率折中,并存在一个最小有效压缩比,有效压缩比过低对进气压力的要求更高,BTE由ITEg和泵气损失决定。

高压缩比下扫气式预燃室湍流射流点火对废气再循环稀释汽油机性能影响研究

基于一台可调压缩比(compression ratio,CR)的单缸发动机和自主设计的湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)系统,开展高压缩比下扫气式预燃室湍流射流点火对废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)稀释汽油机性能影响的研究。研究发现在高EGR率时,扫气式TJI的点火方式燃烧稳定性最高,可以在EGR率超过30%时实现稳定燃烧。提升压缩比对提升TJI在高EGR率下的燃烧稳定性有积极作用,然而对提升高EGR率下火花塞点火(spark ignition,SI)的稳定性作用不大。对于TJI,在低EGR率时提升压缩比会造成发动机强烈爆震,过于推迟点火造成燃烧定容度下降,燃油消耗率上升。在高EGR率时,发动机爆震受到抑制,可以提前点火优化燃烧相位,降低燃油消耗率,在压缩比15时最低燃油消耗率相比压缩比11时降低2.2%。高EGR率时,提升压缩比有利于提升燃烧速率,降低滞燃期和燃烧持续期,提升发动机燃烧稳定性。在EGR率为30%而压缩比为15时,逐渐提前点火时刻会加大末端混合气自燃倾向,放热率出现两阶段高峰。

WHTC工况下PN10和PN23计数器粒子数排放测量差异分析

为探究当前主流的PN23计数器与更先进的PN10计数器测量结果差异,选取一台符合国Ⅵ排放标准的柴油发动机进行世界统一瞬态循环(World Harmonized Transient Cycle,WHTC)工况排放试验。该发动机可配置两套标定功率数据。使用最小测试粒径分别为23 nm和10 nm的粒子数(Particulate Number,PN)计数器同时测取PN排放数,分析对比PN排放结果,并总结排放规律。结果显示:标定功率为316 kW和430 kW的WHTC循环PN10计数器粒子数排放结果比PN23计数器分别高约27.48%和27.46%;WHTC循环第1145 s后,PN10计数器粒子数浓度显著高于PN23计数器,中等以上负荷、稳定转速工况更利于23 nm以下粒子生成;转速高于1000 r/min时,PN10计数器测得的粒子数浓度比PN23计数器明显更高;随着负荷增加,直径为10~23 nm的粒子数浓度先增加后减少。发动机在上述工况下运行时,PN23计数器测量值显著低于PN10计数器,该差异最终导致循环排放结果相对不准确。

基于灵敏度分析的曲轴扭振减振器优化设计

为提高扭振减振器设计的速度和精度,建立了一种基于灵敏度分析的减振器结构参数优化设计模型。通过考察减振器结构参数对振动性能影响的关系,探讨了减振器各个参数的优化设计方法,然后通过扭振模型灵敏度分析以及设计导数的选择,对实际减振器进行了优化设计。将优化结果所得的扭振与经验设计结果进行对比,优化计算结果的共振峰向高频方向移动,共振的振幅大小比经验设计方法的结果更小,说明了上述优化设计方法的快捷和精确。