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Journal of Central South University 2022年第7期29卷 2213-2224页

作者：靳守营李金泽字振源刘亚龙邬斌扬 State Key Laboratory of Engines Tianjin UniversityTianjin 300072China

在“碳达峰”“碳中和”的大背景下,各大发动机制造商越来越关注减少二氧化碳排放,因此对双燃料发动机的研究也变得越来越重要。不同的混合气形成方式决定了不同的燃烧模式,在双燃料发动机中柴油引燃天然气发动机具有显著的排放优势。... 详细信息

在“碳达峰”“碳中和”的大背景下,各大发动机制造商越来越关注减少二氧化碳排放,因此对双燃料发动机的研究也变得越来越重要。不同的混合气形成方式决定了不同的燃烧模式,在双燃料发动机中柴油引燃天然气发动机具有显著的排放优势。本研究采用数值模拟和实验相结合的方法,探讨了高压直喷(HPDI)、部分预混压缩点火(PPCI)和双先导喷射预混压缩点火(DPPCI)燃烧模式在中低负荷下的燃烧特性。结果表明,与其他模式相比,DPPCI燃烧模式的总指示热效率(ITEg)更高而总碳氢化合物(THC)排放更低。由于DPPCI具有较好的性能,对其进行了进一步的实验研究,以探索双先导喷射策略对燃烧过程的影响。在DPPCI模式下,第二次引燃柴油喷射时间的延迟会增加THC排放,减少氮氧化物的排放,ITEg表现为先升高后降低,在中低负荷下ITEg可以达到50.4%。

关键词：柴油引燃天然气发动机天然气直喷燃烧模式热效率排放

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柴油引燃天然气直喷发动机低负荷燃烧过程数值模拟研究

柴油引燃天然气直喷发动机低负荷燃烧过程数值模拟研究

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作者：李禹函天津大学

学位级别：硕士

天然气作为替代燃料与传统柴油相比,具有低热值高;辛烷值高,抗爆性好;储量相对丰富等诸多优势。但是由于天然气层流火焰速度低,火焰传播速度慢,一直存在着排气温度高,不完全燃烧产物排放高的难题。所以传统的柴油引燃进气道喷射天然气... 详细信息

天然气作为替代燃料与传统柴油相比,具有低热值高;辛烷值高,抗爆性好;储量相对丰富等诸多优势。但是由于天然气层流火焰速度低,火焰传播速度慢,一直存在着排气温度高,不完全燃烧产物排放高的难题。所以传统的柴油引燃进气道喷射天然气双燃料发动机一直存在天然气替代率低,柴油喷射比例大,低负荷下燃烧不完全、未燃碳氢(UHC)排放高的问题。研究发现低负荷工况下缸内天然气当量比较低,难以形成可靠自燃的混合气,本研究采用天然气缸内直喷技术,实现天然气在缸内浓度分层,增加缸内混合气局部浓区,并通过引燃柴油附近局部浓区的优先燃烧,带动缸内其他区域,实现整个缸内混合气的分层燃烧,提高局部火焰传播速率,降低UHC排放。本文依次分析了EGR、增压压力以及喷气定时对燃烧过程以及排放的影响,并从缸内混合气分布状态、燃烧特性、排放特性等角度分析了柴油引燃天然气直喷对部分预混燃烧的影响。实现缸内混合气的分层,实现逐步着火:缸内混合气浓区部分首先开始局部燃烧,并带动缸内其他浓度区域的混合气燃烧,实现更有层次的燃烧过程;引入EGR技术,可以有效地控制燃料的活性,并缓和放热速率以及峰值,降低NOx排放物,但SOOT、UHC和CO等排放水平略有增高。研究结果表明,低负荷工况下,过早的喷气(-25～-20°CA ATDC)使缸内余隙中被压入较多可燃气混合气,造成缸内燃烧不完全,随喷气时刻的后移(-15～-10°CA ATDC),余隙中的气体明显减少,并在燃烧室内部形成局部较浓的混合气,该浓区与引燃柴油的浓度叠加。有利于引燃柴油压燃着火后,引燃着火点附近的局部较浓燃气混合气,通过局部的燃烧带动缸内燃烧反应的完全进行。随着喷气定时的推迟,燃烧过程有所推迟,燃烧持续期缩短。但继续推迟喷气(-15～-10°CA ATDC),缸内将会经历边喷气边燃烧的阶段,使燃烧持续期有所延长,促进了缸内完全燃烧的进行。同时,随着喷气定时的推迟,最高燃烧温度、最大缸压也呈现先增大后减小的变化趋势。推迟喷气缓解了由于喷气过于提前,缸内混合气进入余隙较多而导致的燃烧不完全的问题,使缸内UHC以及CO的排放水平均有所降低;而随着喷气定时的推迟,缸内NOx的排放量排放水平先增加后减少,在-15～-10°CA ATDC的喷气时刻内保持较高的排放水平,缸内喷气与燃烧同时进行,促进了燃烧反应正向进行,使缸内保持较高的环境温度,具备了NOx生成所需的“高温、富氧”的环境,使NOx排放水平居高。

关键词：双燃料发动机柴油引燃天然气直喷燃烧过程 EGR 喷气策略

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甲烷高压射流动量特征

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燃烧科学与技术 2021年第2期27卷 121-128页

作者：雷艳李泳李志杰仇滔常凯彭广宇北京工业大学环境与能源工程学院北京100124 潍柴动力集团内燃机可靠性国家重点试验室潍坊261061 湖南交通职业技术学院机电工程学院长沙410132

以甲烷为研究气体,采用测量板、弹簧一阶振动系统来测量高压甲烷在圆柱形单孔喷嘴的射流特性,开展了不同喷射脉宽、不同喷射压力和沿射流方向、不同位置的高压甲烷气体射流动量测量试验.结果表明:高压甲烷射流冲击测量板是非定常动态过... 详细信息

以甲烷为研究气体,采用测量板、弹簧一阶振动系统来测量高压甲烷在圆柱形单孔喷嘴的射流特性,开展了不同喷射脉宽、不同喷射压力和沿射流方向、不同位置的高压甲烷气体射流动量测量试验.结果表明:高压甲烷射流冲击测量板是非定常动态过程,测量板最大位移量与喷射脉宽、喷射压力以及沿射流方向测量板的位置有关.高压甲烷射流冲击最大动量沿射流方向发生变化,可分为初始区域和主体区域.初始区域:甲烷射流冲击最大动量先急剧减小后逐渐增加,且初始区域的长度与喷射压力存在对数关系.主体区域:甲烷射流冲击最大动量基本保持不变,随着喷射压力的升高,主体区域射流冲击最大动量线性增加.

关键词：天然气直喷圆柱形喷孔甲烷射流动量喷射压力

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