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不同燃烧模式下柴油引燃天然气发动机的燃烧特性

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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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内燃机不同燃烧模式能量及[火用]损失分析

燃烧科学与技术 2021年第5期27卷 529-538页

作者：刘道建王浒郑尊清尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

均质压燃(HCCI)、反应活性控制压燃(RCCI)、部分预混压燃(PPC)是内燃机最具潜力的高效清洁燃烧方式.本文将试验和能量/[火用]平衡理论分析研究相结合,分析了发动机3种不同燃烧模式热效率和[火用]损失机制.结果表明,不同燃烧模式的放热... 详细信息

均质压燃(HCCI)、反应活性控制压燃(RCCI)、部分预混压燃(PPC)是内燃机最具潜力的高效清洁燃烧方式.本文将试验和能量/[火用]平衡理论分析研究相结合,分析了发动机3种不同燃烧模式热效率和[火用]损失机制.结果表明,不同燃烧模式的放热规律对热效率和不可逆[火用]损失的影响主要是通过燃烧效率和传热损失来实现,不同燃烧模式的放热规律对燃烧过程不可逆[火用]损失的影响不明显.RCCI燃烧模式的热效率和排气[火用]与排气能量之比均优于汽油PPC模式.

关键词：内燃机燃烧模式 [火用]分析热效率不可逆[火用]损失

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油气爆炸过程火焰燃烧模式的实验估计

爆炸与冲击 2016年第5期36卷 688-694页

作者：张培理杜扬后勤工程学院军事供油工程系重庆401311

首先分析讨论了油气爆炸过程中火焰燃烧模式的估计方法,然后在激波管内进行了低、中、高3次不同初始油气浓度条件下的油气爆炸实验,通过实验数据分别计算出了低、中、高初始油气浓度条件下油气爆炸在初期、中期和后期的丹姆克尔数和湍... 详细信息

首先分析讨论了油气爆炸过程中火焰燃烧模式的估计方法,然后在激波管内进行了低、中、高3次不同初始油气浓度条件下的油气爆炸实验,通过实验数据分别计算出了低、中、高初始油气浓度条件下油气爆炸在初期、中期和后期的丹姆克尔数和湍流雷诺数,最后依靠丹姆克尔数-湍流雷诺数图对低、中、高初始油气浓度条件下油气爆炸初期、中期和后期的火焰燃烧模式进行了定量估计。结果表明:低、中、高初始油气浓度条件下激波管油气爆炸过程初期、中期和后期的火焰燃烧模式均为漩涡内小火焰模式。

关键词：爆炸力学燃烧模式丹姆克尔数湍流雷诺数油气爆炸层流火焰厚度漩涡内小火焰模式

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柴油机燃烧模式切换过程燃烧特性变化试验

北京理工大学学报 2016年第9期36卷 910-916页

作者：柴智刚张付军北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为研究柴油机在传统燃烧与低温燃烧的燃烧模式切换过程中,如何识别缸内当前所处的燃烧模式,以及不同喷油参数在不同的燃烧模式对燃烧特性参数的影响,在一台高压共轨柴油机1 500r·min-1、30%负荷下采用燃油单次喷射、调节EGR率方式实现... 详细信息

为研究柴油机在传统燃烧与低温燃烧的燃烧模式切换过程中,如何识别缸内当前所处的燃烧模式,以及不同喷油参数在不同的燃烧模式对燃烧特性参数的影响,在一台高压共轨柴油机1 500r·min-1、30%负荷下采用燃油单次喷射、调节EGR率方式实现燃烧模式切换并进行了试验研究.结果表明,EGR率从0增加到55%,缸内燃烧起点位置稍有后移,但变化不大,当EGR率超过45%后,缸内开始进入低温燃烧模式,瞬时放热率曲线初始上升过程,由于冷焰反应持续期增加导致出现的二阶段滞燃,可以作为识别当前的燃烧模式的特征,控制缸内燃烧模式;喷油相位从-14°CA ATDC推迟到-7°CA ATDC,对传统燃烧模式滞燃期和燃烧持续期的影响较小,但对低温燃烧的燃烧持续期影响较大,同时,当喷油相位推迟到-7°CA ATDC时,缸内接近失火;喷油压力从75MPa提高到140MPa,在传统和低温燃烧模式均可以改善发动机的油气混合程度,缸内最大爆发压力及瞬时放热率峰值增加,指示热效率有所增加,但幅度变化不大.

关键词：柴油机低温燃烧废气再循环燃烧模式

汽油/柴油双燃料不同燃烧模式能量平衡分析研究

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内燃机工程 2015年第5期36卷 43-48,55页

作者：黎长乐杨彬彬尧命发郑尊清天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

基于热力学第一定律,利用试验研究和工作过程模拟方法对汽油/柴油双燃料高比例预混合燃烧(highly premixed charge combustion mode,HPCC)和混合燃料低温燃烧(low temperature combustion,LTC)模式进行了能量平衡分析研究。HPCC燃烧模... 详细信息

基于热力学第一定律,利用试验研究和工作过程模拟方法对汽油/柴油双燃料高比例预混合燃烧(highly premixed charge combustion mode,HPCC)和混合燃料低温燃烧(low temperature combustion,LTC)模式进行了能量平衡分析研究。HPCC燃烧模式中包括柴油早喷E-HPCC和柴油晚喷L-HPCC两种方式。研究结果表明:在相同的主放热时刻(CA50)条件下,LTC燃烧模式放热率峰值最高,燃烧持续期最短,导致缸内温度最高,传热损失最大;L-HPCC燃烧模式燃烧持续期最长,废气带走的热损失最多;由于采用汽油进气道喷射,两种汽油/柴油双燃料HPCC模式的不完全燃烧损失均远高于LTC模式,但总体上三种燃烧模式的指示热效率基本相当。随着EGR率的增加,LTC模式的传热损失上升,废热损失下降,L-HPCC模式则恰好相反,而对E-HPCC模式影响较小。随着汽油比例的升高,三种燃烧模式均表现为传热损失增大,废热损失下降,燃烧损失下降,但对指示热效率影响较小。

关键词：内燃机热力学第一定律燃烧模式汽油燃料柴油燃料能量平衡

不同燃烧模式下正庚烷燃烧发动机排气超细颗粒特性

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上海交通大学学报 2011年第6期45卷 837-841页

作者：刘炜黄震上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240 深圳创新集团投资有限公司博士后工作站广东深圳518048

在改造的发动机上研究了正庚烷缸内直喷压燃(CIDI)、进气道喷射均质压燃(HCCI)以及进气道-气缸喷射复合燃烧(CCCI)3种燃烧模式的发动机排气超细颗粒特性.结果表明,排气超细颗粒数浓度-粒径分布曲线随预混合率变化显著;CIDI燃烧时,排气... 详细信息

在改造的发动机上研究了正庚烷缸内直喷压燃(CIDI)、进气道喷射均质压燃(HCCI)以及进气道-气缸喷射复合燃烧(CCCI)3种燃烧模式的发动机排气超细颗粒特性.结果表明,排气超细颗粒数浓度-粒径分布曲线随预混合率变化显著;CIDI燃烧时,排气超细颗粒以积聚模态微粒为主.随着预混合率的增大,排气积聚模态微粒数浓度明显降低,而核模态数浓度则显著增大;正庚烷HCCI燃烧时发动机排气超细颗粒以核模态微粒为主,积聚模态微粒数浓度很低;正庚烷CCCI和HCCI燃烧时发动机排气总颗粒数浓度明显较CIDI燃烧时高.排气核模态数浓度与HC排放明显相关.

关键词：燃烧模式排气超细颗粒正庚烷

基于振动信号及瞬时转速信号的HCCI燃烧模式辨识

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燃烧科学与技术 2012年第2期18卷 144-148页

作者：张宏超谢辉陈韬赵华天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

HCCI汽油发动机一般采用组合燃烧控制策略,根据发动机工况不同,HCCI汽油机分别采用SI燃烧模式、SI-HCCI燃烧模式和HCCI燃烧模式.在这种控制方式下,燃烧模式的辨识具有非常重要的作用与意义.笔者在装有全可变气门系统的汽油HCCI发动机上... 详细信息

HCCI汽油发动机一般采用组合燃烧控制策略,根据发动机工况不同,HCCI汽油机分别采用SI燃烧模式、SI-HCCI燃烧模式和HCCI燃烧模式.在这种控制方式下,燃烧模式的辨识具有非常重要的作用与意义.笔者在装有全可变气门系统的汽油HCCI发动机上,测取HCCI发动机各工况下爆震传感器信号和瞬时转速信号,用时频分析方法从爆震传感器信号和瞬时转速信号中提取了特征量,分析了它们和HCCI汽油机燃烧模式之间的关系.通过辨识函数分析,基于爆震传感器信号特征量和瞬时转速信号特征量,建立了的HCCI燃烧模式辨识模型.分析表明,HCCI燃烧模式辨识模型能够较好地辨识出HCCI的燃烧模式,总体辨识成功率在75%左右.

关键词： HCCI燃烧燃烧模式瞬时转速爆震传感器燃烧模式辨识

圆截面超声速燃烧室乙烯燃料喷注火焰结构和模式分析

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航空学报 2023年

作者：汤涛于江飞黄玉辉汪洪波孙明波赵国焱熊大鹏王振国装备发展部项目管理中心国防科技大学空天科学学院

采用耦合了火焰面/进度变量模型的混合RANS/LES方法对高马赫数下的乙烯燃料圆截面超燃冲压发动机燃烧流场开展了数值研究，计算结果显示出与试验高度一致的燃烧结构和释热特征。在此基础上，分析结果表明，流场的混合过程由大尺度流动... 详细信息

采用耦合了火焰面/进度变量模型的混合RANS/LES方法对高马赫数下的乙烯燃料圆截面超燃冲压发动机燃烧流场开展了数值研究，计算结果显示出与试验高度一致的燃烧结构和释热特征。在此基础上，分析结果表明，流场的混合过程由大尺度流动结构主导，流道中心的激波系是促进涡量产生、燃料掺混以及下游反应区褶皱的直接原因。凹腔在此构型和工况中没有直接参与释热，而是起到了诱导激波产生从而促进混合和燃烧的作用。整体上，燃烧呈现时空多尺度特征，火焰在向下游传播的过程中逐渐向近平衡状态发展。超燃模态和扩散燃烧主导了整个反应区，并且大部分燃烧处于薄反应区模式和破碎火焰面模式。

关键词：超燃冲压发动机混合RANS/LES 火焰面模型超声速燃烧模式

重型柴油机低负荷不同燃烧模式的颗粒物排放特性研究

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重型柴油机低负荷不同燃烧模式的颗粒物排放特性研究

作者：邓龙飞天津大学

学位级别：硕士

重型柴油机在可预见的未来仍将是各种动力装置的主要原动机,高效、清洁一直是重型发动机的研究主题,随着内燃机新型燃烧模式和技术的快速发展,热效率和尾气排放已经显著改善。但近年来,随着人们对雾霾的关注和国VI法规对颗粒数限值的实... 详细信息

重型柴油机在可预见的未来仍将是各种动力装置的主要原动机,高效、清洁一直是重型发动机的研究主题,随着内燃机新型燃烧模式和技术的快速发展,热效率和尾气排放已经显著改善。但近年来,随着人们对雾霾的关注和国VI法规对颗粒数限值的实施,如何有效控制颗粒物排放成为国内外研究者的重要议题。本文基于重型单缸热力学发动机平台,采用试验研究的方法,在中等转速低负荷工况(1200r/min,IMEPg～0.5 MPa)研究了空气稀释、废气稀释及喷油策略对燃烧过程、有害排放物和指示热效率的影响,在此基础上重点分析了颗粒物数量、数量-粒径分布区间、核膜态和积聚态颗粒物数量/质量占比及几何平均直径。此外,研究还发现预混燃烧可以显著降低颗粒物排放,因而进一步开展高辛烷值的汽油燃料采用进气道喷射方式,探索汽油均质压燃在降低颗粒物排放的潜力。本文研究了柴油的三种燃烧模式,分别为早喷预混燃烧(PPCI)、扩散燃烧(DC)和晚喷预混燃烧(MK)。在不同燃烧模式下,空气稀释可以显著提高指示热效率(ITEg),同时大幅降低HC、CO、NOx和soot排放;采用废气稀释对PPCI和DC燃烧模式具有提高热效率的潜力,不仅降低NOx排放,还可降低PPCI及DC燃烧模式下的soot排放,但会使HC、CO排放增加;提高喷油压力导致PPCI燃烧模式下的ITEg降低,CO与HC排放升高,而使DC和MK燃烧的ITEg增加,HC、CO及soot排放降低;随着喷油定时的推迟,PPCI燃烧模式下的ITEg呈先降低后升高,在-20°CAATDC时喷油时,ITEg最高约为43%,而DC与MK燃烧模式下的ITEg呈先升高后降低的趋势。颗粒物数量特性方面,提高空气稀释率,PPCI与DC燃烧模式下的颗粒物数量浓度(PNC)整体下降,MK燃烧模式呈先升高后降低的趋势。PPCI燃烧模式下,随空气稀释率的增加,NM-PNC占比先升高后降低,MK燃烧模式下NMPNC下降。提高废气稀释率,PPCI燃烧模式的PNC降低,而MK与DC燃烧模式的PNC都升高。随废气稀释率的增加,PPCI与DC燃烧模式的NM-PNC占比下降,MK的NM-PNC占比升高。颗粒物质量特性方面,在各种影响因素协同作用下,DC与MK燃烧模式NM-PNC占比都小于10%,大部分工况甚至小于1%;而PPCI燃烧的NMP的质量具有一定的占比,基本在10%以上,最高接近50%,但PPCI燃烧下的颗粒物质量浓度(PMC)远小于DC与MK燃烧模式。由上述研究结果可知,一定的预混比例可以显著降低颗粒物排放,为进一步研究高预混比例、甚至均质充量压燃对颗粒物排放特性的影响,本研究采用高辛烷值的汽油以进气道喷射方式形成均质混合并压燃,探究均质充量压燃燃烧的颗粒物排放特性。研究结果表明,与柴油DC燃烧相比,汽油压燃有更高的放热率。此外,排放结果表明,汽油压燃燃烧的NOx和soot排放量较低,而CO和HC排放量较高。不同的EGR率下存在不同的颗粒物形态,当EGR率低于20%时,颗粒物以NMP为主,当EGR率高于20%时,柴油的颗粒物主要以AMP存在,而汽油的颗粒物仍以小直径的NMP为主。

关键词：柴油机汽油压燃燃烧模式颗粒物排放特性