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预喷正时和预混比对甲醇/P20双燃料发动机燃烧与排放特性的影响

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预喷正时和预混比对甲醇/P20双燃料发动机燃烧与排放特性的影响

作者：毛非非长安大学

学位级别：硕士

我国的商用车以柴油动力为主导致柴油消耗量较大,并且每年我国机动车的柴油消耗量都呈增长的趋势。然而我国所在地区的石油储量并不十分丰富,每年需依赖国外进口量已达70%以上,我国面临着严峻的石油短缺问题,寻找清洁可替代燃料已迫在... 详细信息

我国的商用车以柴油动力为主导致柴油消耗量较大,并且每年我国机动车的柴油消耗量都呈增长的趋势。然而我国所在地区的石油储量并不十分丰富,每年需依赖国外进口量已达70%以上,我国面临着严峻的石油短缺问题,寻找清洁可替代燃料已迫在眉睫。甲醇作为一种高含氧量燃料,环保且成本低,是一种较理想的清洁燃料;但甲醇与柴油互溶性很差,因此柴油机想实现高预混比的甲醇燃料在柴油机上的应用,通常需要结合双燃料燃烧模式。而PODE常温下与柴油能够很好的互溶,且PODE十六烷值高,着火性好。为了进一步优化柴油机的性能,本文选择在引燃柴油中添加20%体积比的PODE,即为P20,采用进气道喷射甲醇,缸内直喷P20的方式,通过发动机台架试验在发动机转速为1600r/min、不同负荷条件下研究了预喷正时(-16°CA、-18°CA、-20°CA、-22°CA)和甲醇预混比(10%、20%、30%、40%)对双燃料发动机特性的影响,并对比分析了甲醇/柴油双燃料发动机和甲醇/P20双燃料发动机的性能,研究结果表明:当甲醇预混比增大时,大量甲醇汽化吸热导致缸内温度降低,着火滞燃期延长,另外甲醇氧含量高,促进燃烧,使得燃烧持续期缩短。小负荷时,由于甲醇汽化潜热大,随着甲醇预混比的增大,缸内峰值压力、峰值压力升高率以及峰值放热率都有一定的降低,与P20相比,M10、M20、M30、M40的缸内压力峰值分别降低了1.4%、2.6%、3.8%、6.6%,压力升高率峰值分别降低了5.1%、7.5%、9.7%、23.8%,放热率峰值分别降低了1.4%、7%、11.1%、12%;中等负荷和大负荷时,由于甲醇含氧量高,缸内压力峰值、压力升高率峰值和放热率峰值均有所增大,其中大负荷增大最明显,四种双燃料发动机的缸压峰值分别增加了3.3%、6.4%、8.9%、13.9%,压升率峰值分别增加了4.3%、23.4%、59.5%、112.7%,放热率峰值分别增大了5.4%、23.4%、53.3%、112.1%。随着甲醇预混比的增加,在小负荷和中等负荷时,四种双燃料发动机的缸内平均温度降低;大负荷时,缸内氧含量增加,燃烧充分,缸内平均温度增大。此外,随着甲醇喷射量的增加,进气温度逐渐降低,燃烧过程的不稳定性增加,缸内峰值压力的循环变动系数增大,与P20相比,M40在小负荷、中等负荷和大负荷时的峰值缸压循环变动系数分别升高了0.26、0.22和0.18。随着甲醇预混比的增大,小负荷时,双燃料发动机的比油耗上升、有效热效率下降;中、大负荷时,比油耗下降、有效热效率升高。不同负荷下的NOx排放随着甲醇预混比的增大明显降低,与P20相比,中等负荷条件下M10、M20、M30、M40的NOx排放分别降低了19.6%、27.7%、33.1%、38.6%。随着甲醇预混比的增大,甲醇/P20双燃料发动机0.3～1μm的颗粒物数排放数浓度逐渐增加,其中大负荷时,颗粒物数浓度增幅最明显,与P20相比,M10、M20、M30、M40的颗粒物数浓度分别增加了24%、39%、52%、64%,这主要是因为冬季试验进气管单点喷射甲醇,导致进气温度大幅下降,降低了缸内温度,导致燃料燃烧不充分,颗粒物排放增加。当缸内直喷燃料的预喷正时从-16°CA提前到-22°CA时,不同负荷下四种双燃料的滞燃期延长,燃烧持续期先增加后减小。随着预喷正时的提前,四种不同双燃料燃烧的缸内压力峰值先增加后减小,小负荷和中等负荷时,当预喷提前角为-18°CA时M10、M20和M30的峰值缸压更大,而M40由于滞燃期更长其在预喷提前角为-20°CA时峰值缸压更大。小负荷时随着预喷正时的提前,压力升高率峰值先升高后下降,中等负荷和大负荷时由于滞燃期缩短,预喷正时的变动对压力升高率峰值影响不大。小负荷时,增大预喷提前角会导致放热率峰值先增大后减小;中、高负荷条件下,增大预喷提前角会导致峰值放热率略有降低。缸内峰值温度随着预喷正时的提前先升高后下降。随着预喷正时的提前,NOx排放先增加后减小,在预喷提前角为-18°CA时NOx排放相对较高;小负荷时,随着预喷提前角的增大,不同预混比的甲醇/P20双燃料发动机的颗粒物排放呈现下降趋势,而中、大负荷时,预喷正时对颗粒物排放数浓度影响不大。通过对比分析甲醇/柴油双燃料和甲醇/P20双燃料的经济性、燃烧与排放特性可知:掺混PODE后由于其热值较低导致比油耗升高,热效率略有下降。甲醇/P20双燃料发动机的峰值缸压、峰值放热率、峰值压升率均大于甲醇/柴油双燃料。不同负荷下,发动机燃用甲醇/P20双燃料的循环变动系数更小,燃烧稳定性更好。与甲醇/柴油双燃料相比,发动机燃用不同预混比的甲醇/P20双燃料时NOx排放略有降低,颗粒物排放明显下降。甲醇/P20双燃料发动机的综合性能优于甲醇/柴油双燃料发动机。

关键词：甲醇聚甲氧基二甲醚双燃料发动机预混比预喷正时

预喷正时对甲醇—柴油双燃料四缸柴油机燃烧和排放特性的影响研究

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预喷正时对甲醇—柴油双燃料四缸柴油机燃烧和排放特性的影响研究

作者：陈欢长安大学

学位级别：硕士

甲醇燃料由于来源广泛、含氧量高、燃烧清洁等优势受到广泛关注,近年来,将甲醇作为柴油的替代燃料,以甲醇-柴油双燃料的形式在柴油机上燃烧,研究其对发动机特性的影响成为各界学者研究的热点。本文以一台潍柴WP4G154E330电控共轨四缸柴... 详细信息

甲醇燃料由于来源广泛、含氧量高、燃烧清洁等优势受到广泛关注,近年来,将甲醇作为柴油的替代燃料,以甲醇-柴油双燃料的形式在柴油机上燃烧,研究其对发动机特性的影响成为各界学者研究的热点。本文以一台潍柴WP4G154E330电控共轨四缸柴油机为原机,在其进气总管上加装了甲醇喷射器,并配备了甲醇供给系统和甲醇喷射控制系统,实现对甲醇喷射的独立控制,将原机改装成单点喷射甲醇-柴油双燃料试验发动机,并引入柴油预喷策略,通过台架试验,从燃烧特性和排放特性两个方面,综合分析了引燃柴油预喷正时对甲醇-柴油双燃料发动机几个主要特性参数的影响。本文研究了各工况下,柴油预喷正时对该甲醇-柴油发动机燃烧的影响,结果表明:1)在小负荷工况下,引入预喷策略且预喷时刻相对主喷提前10°CA时对缸内压力提升较为明显;在中等、大负荷工况下,引入预喷策略后缸内压力均高于单次喷射模式,中等负荷时预喷时刻相对主喷提前5-10°CA对缸压提升较为明显。2)在各工况下,随着预喷正时的提前和掺烧比的增大,压力升高率在预喷柴油引燃阶段与主燃烧阶段随曲轴转角的变化趋势基本相同;在中、小负荷工况引入预喷策略后可在一定程度上降低燃烧噪声,使燃烧更温和。3)在各工况下,双燃料模式可以在一定程度上提高瞬时放热率,且甲醇掺烧比不断增大,放热率的最大值也随之增大;引入预喷策略后,随预喷正时的提前,预喷燃烧相位也提前,当主预喷间隔达到15-20°CA时趋于稳定。4)在小负荷工况下,纯柴油模式时,主预喷间隔为10°CA时COV最大,掺烧甲醇后,尤其是在大掺烧比工况下,引入预喷策略可以降低COV,在主预喷间隔为20°CA时,COV有较大程度的上升;在中等、大负荷工况下,甲醇-柴油模式下的COV均大于柴油模式,随着掺烧比的不断增大,COV也逐渐增大,且大掺烧比工况下,引入预喷策略后,随预喷正时的改变,COV的变化幅度较大。5)小负荷工况下,纯柴油模式时,在主预喷间隔为10°CA时,缸内平均温度较高;当掺烧比小于40%时,引入预喷策略后,当预喷时刻相对主喷提前5°CA时,缸内最高温度较单喷模式下降明显,柴油预喷正时提前后,缸内平均温度上升,随着预喷正时的进一步提前,缸内最高温度下降;当掺烧比为40%时,在单次喷射模式下缸内温度降低,引入预喷策略后,缸内温度上升,随着柴油预喷正时的不断提前,缸内最高温度下降。中等负荷与大负荷工况下,引入柴油预喷策略对缸温的影响比小负荷工况小。本文研究了各工况下,柴油预喷正时对该甲醇-柴油发动机排放的影响,结果表明:1)在中、小负荷工况,掺烧甲醇可明显降低超细颗粒物总数浓度,在大负荷工况,只在甲醇掺烧比例较大(30%、40%)时,才可以降低超细颗粒物总数浓度;除小负荷工况下超细颗粒物数量浓度随预喷正时变化较为复杂外,其他工况下,超细颗粒物数量浓度和平均粒径随预喷正时的变化情况基本相似,都是引入柴油预喷后上升,而后随着柴油预喷的不断提前而下降,只是上升和下降的幅度稍有变化。2)在小负荷工况下,引入预喷策略后会降低BSPN,并随着预喷正时的不断提前,BSPN不断降低;中等负荷和大负荷工况下,引入预喷策略后,BSPN随预喷正时的变化趋势相似,先上升后下降。3)在各工况下,掺烧甲醇均能有效降低NO比排放;引入预喷策略后,随着预喷正时的改变,NO比排放的变化情况相对复杂,与燃烧特性参数缸内平均温度、瞬时放热率都有密不可分的联系。

关键词：预喷正时甲醇-柴油双燃料燃烧特性排放特性掺烧比

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预喷正时对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

内燃机与动力装置 2020年第2期37卷 7-11页

作者：姜伟波张营李辉春王君萍李梅丁传广中国石油集团济柴动力有限公司山东济南250306

通过台架试验,分析对比柴油机各参数随预喷正时的变化,研究多次喷射预喷正时对柴油机燃烧和排放性能的影响。试验表明,预喷正时决定缸内燃烧的放热始点和放热率,影响缸内的燃烧温度、爆发压力、NOx排放和碳烟的生成,预喷正时为20°时,... 详细信息

通过台架试验,分析对比柴油机各参数随预喷正时的变化,研究多次喷射预喷正时对柴油机燃烧和排放性能的影响。试验表明,预喷正时决定缸内燃烧的放热始点和放热率,影响缸内的燃烧温度、爆发压力、NOx排放和碳烟的生成,预喷正时为20°时,爆发压力最大;预喷正时为35°时,热效率最高,油耗率和烟度最低;预喷正时为45°时,NOx排放最小。综合分析选择预喷正时40°作为折中优化方案,降低发动机油耗和NOx、碳烟排放,同时提高发动机的热效率。

关键词：预喷正时燃烧排放

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预喷正时对柴油发动机燃烧和排放特性的影响

汽车实用技术 2022年第8期47卷 76-79页

作者：程志腾李俊民长安大学汽车学院陕西西安710064 杭州钱塘交通运输局(筹) 浙江杭州310000

文章研究了预喷正时对柴油发动机燃烧和排放特性的影响,通过调整一台高压共轨直列四缸柴油发动机预喷时刻,进行相关台架试验。分析了预喷时刻对压力升高率、瞬时燃烧放热率、有效压力循环变动系数、缸内温度等燃烧特性的影响,以及对超... 详细信息

文章研究了预喷正时对柴油发动机燃烧和排放特性的影响,通过调整一台高压共轨直列四缸柴油发动机预喷时刻,进行相关台架试验。分析了预喷时刻对压力升高率、瞬时燃烧放热率、有效压力循环变动系数、缸内温度等燃烧特性的影响,以及对超细颗粒物、NOx比排放和大颗粒物数目比排放等排放特性的影响。试验结果表明,随着主预喷间隔的增大,峰值压力升高率降低,瞬时放热率峰值提前,超细颗粒物浓度下降,大颗粒和NOx比排放持续降低。因此可以在不改变柴油机整体结构的前提下,通过调整预喷时刻,有效改善发动机的燃烧性能,减少污染物的排放。

关键词：预喷正时柴油发动机燃烧特性排放特性

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预喷对重载柴油机燃烧与排放影响的试验

内燃机学报 2015年第3期33卷 201-209页

作者：刘贝成晓北董世军殷勇刘寰余宏峰华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074 东风商用车公司技术中心湖北武汉430056

基于内窥镜测量技术,在一台6缸高压共轨重载柴油机上研究了预喷正时、预喷油量与EGR率等对燃烧放热、排放物生成的影响作用.对柴油机缸内燃烧过程中的火焰图像进行了采集,并且通过双色法计算得到了碳烟颗粒场分布图像.结果表明:随预喷... 详细信息

基于内窥镜测量技术,在一台6缸高压共轨重载柴油机上研究了预喷正时、预喷油量与EGR率等对燃烧放热、排放物生成的影响作用.对柴油机缸内燃烧过程中的火焰图像进行了采集,并且通过双色法计算得到了碳烟颗粒场分布图像.结果表明:随预喷正时延迟,缸内峰值压力升高,预喷燃烧的两阶段放热现象消失,预喷燃烧的火焰亮度加强,NOx和碳烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷燃烧的放热率和火焰亮度升高,NOx和HC排放增大,而碳烟和CO排放降低;随EGR率提高,预混燃烧强度变弱并且开始呈现两阶段放热现象,主燃烧始点滞后,NOx排放显著降低,但碳烟、HC和CO排放升高.采用内窥镜测量可以更方便准确地了解发动机实际运行工况下缸内燃烧特性.

关键词：直喷柴油机预喷正时内窥镜排放

甲醇/ICTL柴油机低负荷燃烧与排放特性的研究

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工程热物理学报 2024年第8期45卷 2540-2549页

作者：石晋宏徐鸣吉志勇廖文蓉太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 长江工程职业技术学院机电工程学院武汉430231

在一台满足国六排放法规的四缸柴油机上采用甲醇/ICTL双燃料燃烧模式,实验研究了预喷策略耦合EGR对其在低负荷工况下燃烧稳定性的影响规律。结果表明:在研究工况下,相比于纯ICTL燃烧模式,甲醇替代率为15.2%时,SOOT和NOx的降幅分别为66.3... 详细信息

在一台满足国六排放法规的四缸柴油机上采用甲醇/ICTL双燃料燃烧模式,实验研究了预喷策略耦合EGR对其在低负荷工况下燃烧稳定性的影响规律。结果表明:在研究工况下,相比于纯ICTL燃烧模式,甲醇替代率为15.2%时,SOOT和NOx的降幅分别为66.3%和33.5%,但COV(p)接近5%的上限标准,燃烧稳定性变差,限制了甲醇替代率的进一步提高;较早的预喷正时(-19℃A)有助于改善甲醇混合气活性,降低SOOT排放,但NOx排放量会增高,过早的预喷正时(超过-29℃A)能够进一步降低SOOT排放,而NOx排放量基本保持不变,但COV(p)超过25%;增加预喷油量会降低SOOT排放量,但NOx排放量增高,当预喷油量为2.1mg/cyc时,COV(p)为15.2%;提高EGR率,能够有效降低NOx排放量,并提高燃烧稳定性,当EGR率提高至35%时,COV(p)为2.99%。

关键词：甲醇/ICTL柴油机预喷正时预喷油量 EGR 燃烧稳定性

预喷策略对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响

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内燃机学报 2020年第1期38卷 19-26页

作者：赵国锋贾崎姚崇宋恩哲卢昌浩孙军哈尔滨工程大学动力与能源工程学院

通过一台6缸直喷、高压共轨柴油机改装成的柴油引燃天然气发动机.试验研究预喷正时和预喷油量对燃烧参数和性能参数的影响,结果表明:相对单次喷射,较晚的预喷正时(30°CA BTDC)能提高发动机有效热效率(BTE),降低HC、CO排放,但NOx排放恶... 详细信息

通过一台6缸直喷、高压共轨柴油机改装成的柴油引燃天然气发动机.试验研究预喷正时和预喷油量对燃烧参数和性能参数的影响,结果表明:相对单次喷射,较晚的预喷正时(30°CA BTDC)能提高发动机有效热效率(BTE),降低HC、CO排放,但NOx排放恶化,而较早的预喷正时(60°CA BTDC)能够在提高发动机BTE的同时,降低HC、CO排放,并且NOx排放基本保持不变;当预喷正时为60°CA BTDC,预喷油量适当增多(3~5 mg/cyc)能进一步提高发动机BTE,降低HC、CO和NOx排放;预喷油量进一步增加(6~7 mg/cyc),NOx排放恶化,并且由于着火相位波动导致燃烧稳定性变差.改善双燃料发动机燃烧和排放特性一方面要增加预喷柴油在可燃混合气中的分布,增大柴油与可燃混合气混合的时间,改善混合气的活性,进而提高燃烧速率;另一方面要强化主喷柴油喷射对着火相位的控制,防止着火相位不一致而恶化燃烧稳定性.

关键词：双燃料发动机预喷正时预喷油量有效热效率

双直喷型柴油JCCI模式的参数优化数值模拟

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燃烧科学与技术 2023年第5期29卷 552-560页

作者：王健礼博张恒姜龙龙隆武强田华大连理工大学能源与动力学院大连116024 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

针对双直喷型柴油射流控制压燃模式,利用三维数值模拟结合优化算法,分析了预喷正时、射流正时、初始温度、初始压力和预喷射能量比等参数对发动机燃烧与排放性能的影响.计算结果表明,射流正时可以有效控制着火相位和燃烧相位,预喷正时... 详细信息

针对双直喷型柴油射流控制压燃模式,利用三维数值模拟结合优化算法,分析了预喷正时、射流正时、初始温度、初始压力和预喷射能量比等参数对发动机燃烧与排放性能的影响.计算结果表明,射流正时可以有效控制着火相位和燃烧相位,预喷正时主要影响预混合气燃烧后期.当燃烧相位在6~8°CA ATDC区间时,发动机经济性最佳.射流正时和预喷正时均较晚时,燃烧呈现两阶段高温放热过程,整体燃烧速率大于射流正时与预喷正时均较早的单阶段高温放热过程,因此等效燃油消耗率下降6.80 g/(kW·h).

关键词：柴油射流控制压燃双直喷三维数值模拟射流正时预喷正时

预喷与外部EGR对车用柴油机燃烧和排放的影响

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中国工程机械学报 2024年第4期22卷 506-511页

作者：尹钰屹李岳林张五龙陈侗谢清华长沙理工大学湖南省工程车辆安全性设计与可靠性技术重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学汽车与机械工程学院湖南长沙410114

以某四缸水冷车用柴油机为样机,应用GT-Power软件搭建车用柴油机仿真模型,通过改变预主喷间隔、预喷油量和废气再循环(EGR)开度,研究中等负荷及转速工况下,不同的预喷策略以及引入外部EGR后两者共同作用对车用柴油机燃烧和排放性能的影... 详细信息

以某四缸水冷车用柴油机为样机,应用GT-Power软件搭建车用柴油机仿真模型,通过改变预主喷间隔、预喷油量和废气再循环(EGR)开度,研究中等负荷及转速工况下,不同的预喷策略以及引入外部EGR后两者共同作用对车用柴油机燃烧和排放性能的影响。试验结果表明:随着预喷正时从-17°CA提前到-37°CA,预喷油量从3.3 mg增加到9.9 mg,燃烧特性、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放均得到有效改善,但燃油消耗率和NOx排放总体呈上升趋势。在预喷策略的基础上引入外部EGR后,随着EGR率从5%增加到25%,NOx排放保持在较低水平,但缸内燃烧变差,HC和CO排放增多。在1 800 r/min、50%负荷的试验工况下,较小的预喷油量、中等的预喷间隔以及中等的EGR开度更有利于车用柴油机的燃烧和排放。

关键词：柴油机预喷正时预喷油量废气再循环排放控制