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两次喷射对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究

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内燃机工程 2018年第2期39卷 14-21页

作者：陈鹏郑尊清马乃锋杨彬查海恩尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究。研究结果表明:正丁醇燃料实现部分预混燃烧相对汽油燃料对喷射时刻较敏感,最大压力升高率高,稳定运行范围窄,但未燃碳氢、氮氧化物和碳烟排放较... 详细信息

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究。研究结果表明:正丁醇燃料实现部分预混燃烧相对汽油燃料对喷射时刻较敏感,最大压力升高率高,稳定运行范围窄,但未燃碳氢、氮氧化物和碳烟排放较低;预主喷两次喷射能有效降低正丁醇部分预混燃烧最大压力升高率,随着预主喷间隔的增大,最大压力升高率先快速降低后上升,预喷射比例越大,获得最低压力升高率对应的预主喷间隔越大;通过优化预主喷两次喷射策略,能显著改善正丁醇部分预混燃烧可控性差、最大压力升高率高的问题,从而有利于实现更大工况范围内的高效燃烧。

关键词：正丁醇部分预混燃烧两次喷射燃烧可控性最大压力升高率

两次喷射模式下部分预混燃烧火焰发展模式的光学诊断研究

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内燃机工程 2019年第2期40卷 1-7页

作者：房性会郑尊清刘海峰崔雁清丰雷尧命发天津大学动力工程系天津300072

基于一台光学发动机,在1 200r/min的转速下以正庚烷为燃料,应用高速摄像的方法研究了两次喷射模式下部分预混燃烧(partially premixed combustion,PPC)中的火焰发展模式,分析了两次喷射控制燃烧反应速率的机理。研究发现,在上止点之前... 详细信息

基于一台光学发动机,在1 200r/min的转速下以正庚烷为燃料,应用高速摄像的方法研究了两次喷射模式下部分预混燃烧(partially premixed combustion,PPC)中的火焰发展模式,分析了两次喷射控制燃烧反应速率的机理。研究发现,在上止点之前单次喷射时,燃烧为典型的PPC燃烧,火焰发展模式被多点自燃主导。上止点之前两次喷射,火焰同样被多点自燃主导。相比于单次喷射,两次喷射没有改变火焰发展模式,对放热规律的影响较小。推迟第二次喷射的喷射时刻,可以增加扩散燃烧比例,降低放热率峰值,但是燃烧图像中碳烟信号明显增强。两次喷射都位于上止点之后时,火焰发展模式以火焰传播为主,放热率峰值降低,燃烧图像没有明显的碳烟信号。两次喷射可以改变火焰发展模式,有效地控制燃烧反应速率的同时保持较低的碳烟排放。

关键词：部分预混燃烧(PPC) 两次喷射火焰发展模式高速摄像

直喷汽油机暖机过程中两次喷射比例对燃烧和排放的影响

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吉林大学学报（工学版） 2018年第6期48卷 1755-1761页

作者：董伟宋佰达邱立涛孙昊天孙平蒲超杰吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

在一台缸内直喷汽油机(GDI)上进行两次喷射策略的暖机试验,研究了在暖机过程中,采用两次喷射策略时,两次喷射的喷油比例对缸内燃烧及排放的影响。试验结果表明:随着冷却水温度从30℃升高到80℃,燃烧和排放状况逐渐得到改善,在不同喷油... 详细信息

在一台缸内直喷汽油机(GDI)上进行两次喷射策略的暖机试验,研究了在暖机过程中,采用两次喷射策略时,两次喷射的喷油比例对缸内燃烧及排放的影响。试验结果表明:随着冷却水温度从30℃升高到80℃,燃烧和排放状况逐渐得到改善,在不同喷油比例下,缸内压力峰值提高了1%～10%,HC排放降低了32%～37%;随着两次喷油比例从9∶1减小到3∶1,冷却水温度从30℃升高到80℃,缸压峰值平均升高了16.68%,缸压峰值相位提前了4℃A,放热率峰值增加了2J/°CA,HC排放平均降低了15%,NOx排放量逐渐升高,微粒总数量浓度逐渐降低,微粒的粒径分布逐渐由核模态、积聚模态的双峰分布向核模态单峰分布转移。

关键词：动力机械工程直喷汽油机暖机过程两次喷射燃烧排放

基于两次喷射的TGDI汽油机超级爆震试验及仿真

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内燃机学报 2016年第6期34卷 518-523页

作者：吕猛鲍晓峰李舜酩南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 淮阴工学院江苏淮安223003 中国环境科学研究院北京100012

采用试验和数字模拟方法研究了两次喷射对增压直喷(TGDI)汽油机产生超级爆震的影响.结果表明:与单次喷射相比,两次喷射模式对超级爆震现象具有抑制作用;在两次喷射模式中,将第二次喷油结束时刻推迟至进气行程末期或压缩行程,会促进超级... 详细信息

采用试验和数字模拟方法研究了两次喷射对增压直喷(TGDI)汽油机产生超级爆震的影响.结果表明:与单次喷射相比,两次喷射模式对超级爆震现象具有抑制作用;在两次喷射模式中,将第二次喷油结束时刻推迟至进气行程末期或压缩行程,会促进超级爆震现象发生,而增大第二次喷油的比例有助于抑制超级爆震;结合缸内温度分布模拟结果发现,由第一次喷油激起的润滑油油滴和第二次喷油引起的缸内温度场变化是形成超级爆震诱发热点的重要因素.

关键词：汽油机增压直喷两次喷射超级爆震

两次喷射下汽油/加氢催化生物柴油喷雾及燃烧特性的可视化研究

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两次喷射下汽油/加氢催化生物柴油喷雾及燃烧特性的可视化研究

作者：朱江涛江苏大学

学位级别：硕士

随着能源与环境问题日趋严重,实现柴油机高效清洁燃烧成为当前研究热点。GCI作为一种新型燃烧方式,利用汽油的高辛烷值和高挥发性,能够保证大比例预混合低温燃烧,从而降低氮氧化物和碳烟排放,但也存在着小负荷下易失火、大负荷下工作粗... 详细信息

随着能源与环境问题日趋严重,实现柴油机高效清洁燃烧成为当前研究热点。GCI作为一种新型燃烧方式,利用汽油的高辛烷值和高挥发性,能够保证大比例预混合低温燃烧,从而降低氮氧化物和碳烟排放,但也存在着小负荷下易失火、大负荷下工作粗暴等问题,而优化燃料性质和调整喷射策略正是有效的解决途径。基于前期课题组对加氢催化生物柴油的研究,本文提出将汽油和高十六烷值的加氢催化生物柴油混合,提高燃料的着火性能,从而为实现GCI燃烧提供途径。本文按照汽油和生物柴油质量比4:1、3:2掺混制备得到混合油G80H20、G60H40,采用单次喷射和两次喷射方式,在定容燃烧弹中开展了不同比例混合油和纯柴油(D100)的喷雾燃烧可视化试验,分析了预喷脉宽和预、主喷间隔时间对主喷过程的影响。采用纹影法和阴影法进行了非着火条件下(定容弹充氮气)喷雾特性研究,结果表明,两次喷射混合油和纯柴油主喷气相贯穿距离随喷射时间不断增加,主喷油束液相贯穿距增加到最大值并稳定,主喷油束气、液相锥角在喷油一段时间后同样会达到稳定状态。混合油与纯柴油相比,主喷气相贯穿距相近,气相锥角较大,而液相贯穿距和液相锥角都较小,尤其是汽油占比高的混合油。两次喷射主喷相比于单次喷射,混合油和柴油的喷雾气相贯穿距较大,气相锥角较小,液相贯穿距较小,液相锥角较大。增加预、主喷间隔时间,主喷气相贯穿距减小,气相锥角增大,液相贯穿距增大,液相锥角减小。采用纹影法和化学荧光法进行了着火条件下(定容弹充空气)燃烧特性研究,结果表明,单次喷射下,混合油和纯柴油都是喷雾头部区域先形成着火点,然后向上游发展,火焰分布较集中。混合油着火延迟期大于纯柴油,火焰浮起长度大于纯柴油,液相长度小于纯柴油,火焰浮起长度和液相长度差值大于纯柴油。随着汽油占比增大,混合油着火延迟期延长,火焰浮起长度增大,液相长度减小,火焰浮起长度和液相长度差值增大。两次喷射下,混合油和纯柴油主喷油束的中间段直接燃烧,火焰分布相对分散均匀,火焰面积较大。混合油主喷着火延迟期小于纯柴油,火焰浮起长度小于纯柴油,液相长度小于纯柴油,火焰浮起长度和液相长度差值大于纯柴油。随着汽油占比增大,主喷着火延迟期缩短,火焰浮起长度减小,液相长度减小,火焰浮起长度和液相长度差值增大。增加预喷脉宽,混合油和纯柴油主喷着火延迟期缩短、火焰浮起长度减小、液相长度减小,火焰浮起长度和液相长度差值减小;增加预、主喷间隔时间,混合油和纯柴油主喷着火延迟期延长、火焰浮起长度增大、液相长度增大,火焰浮起长度和液相长度差值增大,有利于减少碳烟生成。本文研究了三种不同比例混合油的喷雾及燃烧性能,特别是采用两次喷射方式,获得了不同预喷脉宽和不同预、主喷间隔时间下主喷喷雾燃烧特性,以及预喷和主喷之间的影响机制,对指导GCI燃烧过程提供了有价值的结论。

关键词：汽油加氢催化生物柴油两次喷射定容燃烧弹喷雾燃烧

两次喷射下高压共轨系统压力波动对喷油特性的影响研究

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两次喷射下高压共轨系统压力波动对喷油特性的影响研究

作者：杨贤天津大学

学位级别：硕士

高压共轨系统的目的在于给喷油器提供压力恒定的燃油。然而即使共轨管里的压力相对稳定,连接共轨管和喷油器的高压油管内的压力却仍存在着较大的波动。本文针对高压油管内的压力波动现象,研究了两次喷射条件下压力波动的产生及发展,以... 详细信息

高压共轨系统的目的在于给喷油器提供压力恒定的燃油。然而即使共轨管里的压力相对稳定,连接共轨管和喷油器的高压油管内的压力却仍存在着较大的波动。本文针对高压油管内的压力波动现象,研究了两次喷射条件下压力波动的产生及发展,以及它对于喷油特性的影响。使用了压力波动模型分析系统内各参数对波动的影响。设计和搭建了高压共轨实验系统,其中只包括一个压电晶体喷油器。使用了喷油速率测量系统,研究压力波动与喷油特性(喷油量和喷油速率)之间的关系。搭建了光学测试系统,其中使用喷雾可视化系统研究压力波动对柴油喷雾形貌发展的影响,使用相位多普勒测速系(PDA)测量并分析喷雾的雾化特性,包括粒子的粒径及速度。研究结果表明:压力波动模型中的一些参数会对压力波动的形貌产生影响;喷油时产生的压缩波和膨胀波导致了压力的上升和下降;当油管长度较短时,波动的频率变大;喷油间隔的变化会改变压力波动的相位和振幅,但不改变其频率;轨压的大小都只影响压力波动的振幅,而不影响压力波动的相位和频率;压力波动会对喷雾的形貌产生影响,表现为预喷射和主喷射的贯穿距的变化;预喷射后而主喷射开始前,各种喷油间隔下的压力波动曲线重叠在一起,成为曲线簇,随着主喷射的开始,该工况下的压力波动曲线从曲线簇中分离出来;主喷射阶段会受到预喷射引起的压力变化的补偿作用;喷射压力会对针阀升程造成影响,从而导致针阀的节流作用;压力波动会使主喷射的喷油量产生规律性的震荡,这是压力补偿作用和针阀节流作用共同作用的结果;针阀的节流作用会对喷雾的雾化特征产生影响,当喷射压力较高时,针阀节流作用明显,喷雾粒子速度减小,而粒径变大;喷射压力只给喷雾提供一个初速度,在喷雾离开喷孔后,喷雾的速度不再受喷射压力的影响,而主要受空气阻力的影响。

关键词：高压共轨两次喷射压力波动相位多普勒

定容弹内两次喷射策略下预主喷射喷雾与燃烧特性的研究

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定容弹内两次喷射策略下预主喷射喷雾与燃烧特性的研究

作者：房明成江苏大学

学位级别：硕士

能源短缺与环境污染,促进了生物柴油的发展,但生物柴油应用于发动机一直存在着NO排放较高的缺点。现代压燃式发动机中常用的多次喷射策略可以通过采用预喷射来改善主喷射的着火过程和碳烟氧化过程,从而达到同时减少NO和碳烟排放的效果... 详细信息

能源短缺与环境污染,促进了生物柴油的发展,但生物柴油应用于发动机一直存在着NO排放较高的缺点。现代压燃式发动机中常用的多次喷射策略可以通过采用预喷射来改善主喷射的着火过程和碳烟氧化过程,从而达到同时减少NO和碳烟排放的效果。将多次喷射策略与生物柴油同时应用于发动机可以在改善发动机效率的基础上降低NO排放。且多次喷射中详细的预喷射与主喷射相互作用原理需要更好地理解,从而改善和进一步发展燃油喷射策略以得到更高的发动机效率和较低的排放。本文采用两种不同试验测试手段对脂肪酸甲酯/柴油混合燃油的预喷射与主喷射相互作用机制进行了研究,第一,采用米氏散射成像技术,在发动机真实工况下研究了不同喷射压力和温度条件下,两次喷射不同预主脉宽比和间隔时间对两次喷射主喷射喷雾锥角及贯穿距的影响;第二,采用自然火焰发光法和OH化学荧光法同时拍摄,研究了发动机真实工况下,采用两次喷射策略时及不同间隔时间对主喷射火焰着火延迟期和浮起长度的影响。采用米氏散射成像法研究了两次喷射主喷射喷雾特性,结果表明,600℃条件下,主喷射喷雾锥角变化曲线呈现了先下降后稳定波动再下降的趋势,主喷射喷雾贯穿距先增加后稳定波动。采用两次喷射策略时,主喷射喷雾锥角和贯穿距大于相同喷射脉宽的单次喷射喷雾锥角与贯穿距;但采用两次喷射时,主喷射前期贯穿距的发展速度明显低于同脉宽单次喷射。当预喷射与主喷射总脉宽相同时,采用两次喷射策略时,不同预主脉宽比对主喷射喷雾锥角和贯穿距基本没有影响;而主脉宽相同时,预主脉宽比为25%/75%时,主喷射喷雾锥角最大,主喷射前期贯穿距发展速度最慢,而当预主脉宽比为20%/80%,贯穿距稳定值最大。400℃条件下,不同间隔时间对主喷射喷雾锥角基本没有影响;500℃条件下,间隔时间为0.9 ms时,主喷射喷雾锥角和贯穿距最大;600℃条件下,间隔时间越大,主喷射喷雾锥角越小,贯穿距前期发展速度越大,而不同间隔时间对贯穿距稳定值大小基本没有影响。采用自然火焰发光法与OH化学荧光法同时拍摄,研究了采用两次喷射和不同间隔时间对主喷射燃烧特性的影响,结果表明,采用两次喷射策略时,两次喷射主喷射火焰浮起长度大于单次喷射时火焰浮起长度,且随着预喷射与主喷射之间间隔时间的增加,两次喷射主喷射火焰浮起长度呈现减小的趋势,火焰中OH分布逐渐向火焰两侧移动。采用两次喷射策略时,主喷射着火延迟期低于单次喷射着火延迟期,且两次喷射主喷射着火延迟期随间隔时间的增加而增加。本文采用生物柴油/柴油混合燃油,研究了两次喷射预喷射与主喷射之间喷雾与燃烧相互作用机制,取得了一定的成果,在测试方法和结果分析方面具有一定创新性,对后续更为深入研究具有借鉴价值。

关键词：脂肪酸甲酯柴油两次喷射喷雾燃烧

基于PLIEF技术两次喷射柴油喷雾结构和特性的定量研究

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基于PLIEF技术两次喷射柴油喷雾结构和特性的定量研究

作者：王卓卓天津大学

学位级别：硕士

低温燃烧概念是实现内燃机高效、低污染燃烧的新途径，对于柴油机而言，喷雾喷射、雾化、蒸发、卷吸过程是影响整个燃烧过程的重要环节。本文设计开发了复合激光诱导荧光测试系统，在定容燃烧弹内可模拟1100K环境温度和60kg/m3环境密度... 详细信息

低温燃烧概念是实现内燃机高效、低污染燃烧的新途径，对于柴油机而言，喷雾喷射、雾化、蒸发、卷吸过程是影响整个燃烧过程的重要环节。本文设计开发了复合激光诱导荧光测试系统，在定容燃烧弹内可模拟1100K环境温度和60kg/m3环境密度的喷雾环境，可实现对气、液相柴油喷雾浓度场和气相温度场的定量研究。本文使用复合激光诱导荧光技术在定容燃烧弹内定量研究了单次和两次喷射时喷雾发展过程，并在此基础上研究环境密度对喷雾结构和特性的影响。根据喷雾结构参数特性，以及燃油喷射率、液滴蒸发率和环境气体卷吸率之间的关系，可以把喷雾的发展过程分成三个阶段。喷雾发展初期，喷雾气液相同时产生并一起向前贯穿，此时液滴蒸发较慢，气相当量比小于2;喷雾发展中期，液滴蒸发速率逐渐增加，液相贯穿达到最大贯穿距离时，蒸发速率与燃油喷射速率达到动态平衡，而液滴蒸发在气相喷雾内部形成大量当量比大于2的过浓混合气，环境气体还来不及稀释;喷雾充分发展期，液相稳定在最大贯穿距离处，气相继续贯穿，环境气体对喷雾气相的稀释作用显著，当量比大于2的过浓混合气质量分数逐渐下降。喷雾发展过程中，气液相喷雾浓度场和气相温度场表现出明显的分层现象。喷雾浓度由喷雾外围到内层从0逐渐增大到最大值，气相喷雾温度由喷雾外围到内层从环境气体平均温度逐渐下降到最低值。将喷雾分两次喷射时，每次喷射的燃油量较少，蒸发形成的气相也少，两次喷射之间的停喷阶段为油气充分混合提供充足时间。因而采用两次喷射可有效降低当量比大于2的过浓混合气的质量分数，提高当量比小于1的稀混合气的质量分数，这样有利于减少燃烧过程中soot的生成量。环境密度对喷雾的破碎、雾化和气液相贯穿有很大影响。提高环境密度可以促进喷雾沿径向的发展，喷雾头部体积变大;可减小气液相贯穿距离，减少或避免燃油湿壁;可加快喷雾发展，改善充分发展阶段气相喷雾头部均匀性;可提高液滴蒸发速率，使过浓混合气燃油质量分数峰值出现的时刻提前，为后期喷雾混合提供充足时间。但环境密度过高，喷雾贯穿距离太短，严重限制油气混合及环境气体的充分利用。因此，提高增压度必须考虑喷雾贯穿与燃烧室的配合。

关键词：复合激光诱导荧光技术两次喷射喷雾发展浓度场温度场喷雾结构

米勒循环船用高速柴油机工作过程仿真与优化研究

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米勒循环船用高速柴油机工作过程仿真与优化研究

作者：吴成成江苏大学

学位级别：硕士

随着国际海事组织和我国环境保护部制定一系列限制NO的排放法规,如何实现船用柴油机NO减排是当前研究的热点。米勒循环技术具有降低NO排放的潜力,还可以降低柴油机工作时的热负荷和机械负荷,在柴油机NO排放控制技术领域具有较好的应用... 详细信息

随着国际海事组织和我国环境保护部制定一系列限制NO的排放法规,如何实现船用柴油机NO减排是当前研究的热点。米勒循环技术具有降低NO排放的潜力,还可以降低柴油机工作时的热负荷和机械负荷,在柴油机NO排放控制技术领域具有较好的应用前景。本文以恒定转速船用柴油机作为研究对象,开展了米勒循环对缸内工作过程影响及降低NO排放的优化研究。首先利用BOOST软件建立V型12缸四冲程船用高速柴油机的整机模型,为中高负荷工况下的三维计算流体力学提供准确可靠的初始条件。其次,基于进气门早关米勒循环策略,利用插值法设计了五组不同的进气门升程型线,并利用三维软件AVL-FIRE探究米勒循环对柴油机缸内气体流动、喷雾燃烧和NO生成过程的影响。最后,基于响应面法对两次喷射参数(第一次喷油时刻、第二次喷油时刻及第一次喷油量)进行优化,将优化得到的最优匹配结果结合米勒循环分析对柴油机燃烧和NO排放的影响。主要研究结论如下:在E2测试循环下的100%负荷和75%负荷工况时,保证进气总量不变的条件下,研究进气门早关米勒循环对缸内燃烧过程及NO排放的影响。结果表明:随着进气门的关闭时刻不断提前,即米勒度的增加,压缩上止点压力和温度均降低,缸内平均温度峰值和压力峰值都有不同程度的降低。在100%负荷、米勒度为50时,与原机相比,缸内压力峰值降低了7.9%,缸内平均温度峰值降低了5.4%。这有利于降低柴油机工作时的热负荷和机械负荷,延长发动机寿命。同时,随着燃烧的进行,可燃混合气减少,缸内温度降低,高温区域明显减少,NO生成量和分布区域显著减少。在EIVC50米勒循环时,在100%负荷和75%负荷下,NO生成量降幅达到最大,分别为33.1%和21.4%。此外,随着不断提前关闭进气门,与原机相比,100%负荷时滞燃期的变化和瞬时放热率的变化均不明显,但在75%负荷时,滞燃期明显增加,燃烧瞬时放热率峰值显著增加。在100%负荷工况下,对两次喷射参数进行优化,以第一次喷油时刻、第二次喷油时刻及第一次喷油量为研究因素,以缸内爆发压力和NO最终生成量为响应值,利用响应面法进行优化分析,并在此基础上分析上述因素对柴油机燃烧和排放特性的影响。结果表明:以较好的缸内爆发压力和最低的NO排放为优化目标,最终得到最优两次喷射策略为:第一次喷油时刻为35°CA BTDC,第二次喷油时刻为10°CA BTDC,第一次喷油量为每循环总喷油量的10%。随着第一次喷油时刻推迟,滞燃期延长,缸内燃烧温度和压力都有所降低,NO生成量减少。但与第二次喷油时刻对缸内温度和压力的影响,其峰值显著降低,NO的生成量也明显减少。第二次喷油时刻对缸内喷雾燃烧过程和NO生成量的影响更大,为避免最终生成较多的NO,不宜过早进行第二次燃油喷射。同时,第一次喷油量对燃烧和排放的影响也很重要。为避免发动机工作时承载较大的机械负荷和热负荷以及减少NO的排放,应选取适当的第一次喷油量。最后,将优化后的两次喷射策略结合EIVC50米勒循环,发现缸内燃烧温度和压力峰值均有所降低,放热率峰值显著增加,燃烧更加集中,燃烧效率提高。NO最终生成量与原机相比减少了48.32%。

关键词：船用高速柴油机米勒循环两次喷射燃烧特性 NOx排放