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高海拔下预喷策略对甲醇/柴油双燃料发动机燃烧与排放特性的影响

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昆明理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期48卷 73-86页

作者：王贵勇詹益嘉申立中雷基林王伟超姚国仲昆明理工大学交通工程学院云南昆明650500

通过搭建甲醇/柴油双燃料发动机专用试验台架,对某4缸高压共轨柴油机进气歧管改造加装喷醇器,系统地研究了2000 m海拔70%负荷下M0、M10、M15、M20甲醇替代率的预喷策略对双燃料发动机燃烧与排放特性的影响.结果表明:大气压力减小会导致... 详细信息

通过搭建甲醇/柴油双燃料发动机专用试验台架,对某4缸高压共轨柴油机进气歧管改造加装喷醇器,系统地研究了2000 m海拔70%负荷下M0、M10、M15、M20甲醇替代率的预喷策略对双燃料发动机燃烧与排放特性的影响.结果表明:大气压力减小会导致滞燃期延长和缸内燃烧压力下降,甲醇替代率增加会导致滞燃期延长和缸内燃烧压力增大.采用预喷策略结合甲醇喷射,可以提高燃烧压力,降低常规与非常规排放.在最大转矩转速(1800 r/min)中高负荷(70%,321.3 N·m)下,相比纯柴油模式,20%甲醇替代率滞燃期延长44.76%,NO_(x)排放降低16.64%,CO和HC排放增加,并出现了甲醇和甲醛非常规排放.滞燃期与预喷正时呈非线性关系,过早或过晚预喷都会使滞燃期延长.各替代率下NO_(x)排放分别增加了4.77%、4.56%、6.89%、7.05%.增大预喷油量到4 mg,各替代率下滞燃期缩短了55.84%、43.46%、35.58%、23.21%,缸内燃烧压力明显增加,NO_(x)排放增加了4.76%、5.11%、6.74%、12.51%,CO和HC略有降低.甲醇/柴油双燃料模式下,合理调节甲醇替代率和预喷策略可有效控制滞燃期与减少排放.在该工况下,滞燃期、最大峰值压力、NO_(x)和CO随预喷参数变化趋势与平原低负荷工况一致,但在高海拔、高负荷条件下受预喷油量影响更明显,变化幅度更大.HC、CH_(3)OH排放趋势与平原低负荷不同.预喷策略改善了2000 m海拔下的燃烧恶化,减少了NO_(x)、CO、CH_(3)OH和CH_(2)O排放.通过预喷策略与甲醇替代率的协调控制可以减少高海拔下的滞燃期延长并减少高海拔下燃烧压力的降低,进而改善DMDF发动机的高原性能,达到减排的效果.

关键词：柴油机甲醇替代率双燃料发动机预喷策略排放特性

预喷策略耦合EGR对DN双燃料发动机工作过程的影响

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汽车工程 2021年第8期43卷 1143-1151页

作者：陈贵升魏峰肖仁鑫张敬贤王震江张涵昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500

基于三维流体力学软件,模拟研究了不同预喷策略耦合EGR对柴油/天然气(DN)双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,研究表明:柴油预喷射量(FDIR)固定,预喷时刻(FDIT)提前至-10(°)CA ATDC以前时,燃烧质心(CA 50)更加靠近上止点,有利于降低CH_... 详细信息

基于三维流体力学软件,模拟研究了不同预喷策略耦合EGR对柴油/天然气(DN)双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,研究表明:柴油预喷射量(FDIR)固定,预喷时刻(FDIT)提前至-10(°)CA ATDC以前时,燃烧质心(CA 50)更加靠近上止点,有利于降低CH_(4)、HC、CO和Soot排放,但NO_(x)排放大于单次喷射且在-20(°)CA ATDC时达到峰值;FDIT提前至-10(°)CA ATDC时,FDIR的增加对排放影响不大,FDIT提前至-10(°)CA ATDC以前时,较大的FDIR使CH_(4)、HC、CO和Soot排放保持在较低水平;随EGR率增加,不同预喷策略下CH_(4)、HC、Soot、CO排放总体呈上升趋势;当EGR率达到15%、FDIT提前至-20(°)CA ATDC、FDIR为30%时各项排放值均低于单次喷射;当EGR率达到25%时,缸内燃烧变差,不同预喷策略下NOx排放均降至最低,CO、Soot排放都超过了单次喷射。

关键词：柴油天然气预喷策略 EGR 排放特性

预喷策略与燃料性质对柴油机低温燃烧和排放特性影响的试验研究

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预喷策略与燃料性质对柴油机低温燃烧和排放特性影响的试验研究

作者：王庆新广西大学

学位级别：硕士

面对世界各国日趋严苛的排放法规,较高的氮氧化物和碳烟排放成为限制柴油机快速发展的瓶颈。本文在一台四缸轻型柴油机上,通过引入废气再循环(EGR)实现柴油机低温燃烧模式,降低柴油机soot和NOx排放,并采用不同的预喷策略和混合燃料,对... 详细信息

面对世界各国日趋严苛的排放法规,较高的氮氧化物和碳烟排放成为限制柴油机快速发展的瓶颈。本文在一台四缸轻型柴油机上,通过引入废气再循环(EGR)实现柴油机低温燃烧模式,降低柴油机soot和NOx排放,并采用不同的预喷策略和混合燃料,对比研究预喷策略和燃料性质对柴油机低温燃烧和排放特性的影响。四种试验燃料包括纯柴油(D100)、掺混有30%体积比汽油的柴油/汽油混合燃料(D70G30)、掺混有30%体积比正丁醇的柴油/正丁醇混合燃料(D70B30)和掺混有15%体积比汽油和15%体积比正丁醇的柴油/汽油/正丁醇混合燃料(D70B15G15)。试验结果表明:掺混汽油或正丁醇能够明显增大混合燃料的喷雾锥角,改善燃料的喷雾特性。与D100相比,混合燃料的soot排放降低,NOx排放升高,缸内燃烧压力和放热率峰值显著增大,缸内燃烧温度升高,最大压力升高率(MPRR)增大,燃油经济性变差。但是,汽油或正丁醇的掺混能够抵消因采用预喷策略所引起的燃烧效率的降低。当EGR率高于27%,四种燃料的soot、CO和THC排放急剧恶化,颗粒物数浓度和质量浓度升高,但是,汽油或正丁醇的掺混能够大幅度抵消引入大比例EGR所带来的颗粒物排放的激增,混合燃料的soot、CO和THC排放对EGR率的敏感度也要小于D100。对于四种燃料,soot排放随着预喷的加入而升高,但是,加入汽油或正丁醇可以大幅改善上述现象。较小的预喷间隔可以显著降低BSFC。引入预喷策略能够缓解掺混汽油或正丁醇所引起的NOx排放恶化趋势。与D100相比,混合燃料的总颗粒物质量浓度和颗粒物数浓度峰值粒径减小,并且随着正丁醇掺混比例的增加而降低。无论采取何种喷油策略,D100的积聚态颗粒物数浓度始终高于其余三种混合燃料。采用预喷策略可以大幅度降低混合燃料的总颗粒物数浓度,尤其是粒径23nm以下的颗粒物数浓度。引入预喷策略导致四种燃料GMD的升高,但三种混合燃料的GMDD始终都小于D100。此外,D100的GMD随预喷策略变化的幅度明显小于其余三种混合燃料。

关键词：柴油机低温燃烧排放特性预喷策略混合燃料

喷油参数与EGR率对不同含氧燃料燃烧及排放特性影响研究

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喷油参数与EGR率对不同含氧燃料燃烧及排放特性影响研究

作者：尹川西华大学

学位级别：硕士

在能源需求问题与环境污染问题受到日益关注的情况下,迫切需要环境友好型可再生燃料及低排放的发动机,来解决传统内燃机行业面临的能源紧缺问题与排放挑战。近年来,根据国内外先行研究,采用不同的预喷策略及废气再循环(EGR)率实现低温燃... 详细信息

在能源需求问题与环境污染问题受到日益关注的情况下,迫切需要环境友好型可再生燃料及低排放的发动机,来解决传统内燃机行业面临的能源紧缺问题与排放挑战。近年来,根据国内外先行研究,采用不同的预喷策略及废气再循环(EGR)率实现低温燃烧,这具有高效、低排放的潜力。此外,部分可再生含氧燃料应用在低温燃烧模式时表现出较好的燃烧性能与较低的排放。本课题使用一台直列4缸水冷柴油机,在柴油中掺混相同氧质量分数(6.26%)的含氧混合燃料,研究了不同预喷策略及EGR率下的燃烧与排放特性差异。并对影响NOx排放的各项因子进行了影响权重对比。预喷比例及预喷定时试验表明,预喷比例增加,预喷放热率峰值逐渐增加,碳烟(Soot)排放逐渐增加,氮氧化物(NOx)排放逐渐减少,核态颗粒物数量浓度峰值降低,颗粒物几何平均粒径(GMD)增大,总质量浓度(TMC)增加;提前预喷定时,预喷放热率峰值逐渐降低,不完全燃烧产物排放增加,NOx排放先降低后上升,Soot排放先增加后减少,积聚态颗粒物数量浓度峰值先增加后降低,颗粒物GMD先增大后减小。EGR试验表明,EGR率增加,瞬时放热率峰值略有增加,缸内平均压力峰值略有降低,MPRR逐渐增加,MPRR对应相位后移,燃烧重心远离上止点,不完全燃烧产物、Soot排放增加,NOx排放大幅降低,核态颗粒物数量浓度峰值降低,积聚态颗粒物数量浓度峰值增加,颗粒物GMD增大,TMC增加。试验发现相同工况下Diesel/PODE(聚甲氧基二甲醚)的放热率峰值低于Diesel/DMC(碳酸二甲酯),MPRR也更低,降低燃烧噪声更有潜力,降低Soot排放的潜力也比Diesel/DMC更强,但Diesel/PODE的不完全燃烧产物与NOx排放物比Diesel/DMC更高,核态颗粒物数量浓度峰值相对Diesel/DMC更高,积聚态颗粒物数量浓度峰值稍低,颗粒物GMD均相对Diesel/DMC更小,TMC均相对Diesel/DMC更低。根据试验结果及本组长期实验研究,构建了MIV-BP神经网络模型。结果表明,当调节率发生变化,EGR率的|MIV|值活跃程度明显高于其它影响因子,其次为轨压。其它影响因子敏感度相对较低;在相同调节率下,Diesel/PODE的各项影响因子的|MIV|值变化活跃程度明显高于Diesel/DMC。

关键词：含氧燃料预喷策略废气再循环 MIV-BP神经网络算法

喷油参数和进气条件对船机燃烧和排放影响的数值模拟研究

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喷油参数和进气条件对船机燃烧和排放影响的数值模拟研究

作者：孔史茹天津大学

学位级别：硕士

随着船用柴油机的广泛应用和日益严格的排放法规的实施,降低船用柴油机的污染排放物正引起人们越来越广泛的关注。进气系统参数、喷油系统参数和燃烧系统参数是影响发动机缸内燃烧过程和排放特性三个主要因素。本文通过数值模拟方法在... 详细信息

随着船用柴油机的广泛应用和日益严格的排放法规的实施,降低船用柴油机的污染排放物正引起人们越来越广泛的关注。进气系统参数、喷油系统参数和燃烧系统参数是影响发动机缸内燃烧过程和排放特性三个主要因素。本文通过数值模拟方法在一台六缸四冲程增压中冷船用柴油机上研究多次喷油策略下的喷油系统参数(预喷正时、喷雾包角、后喷比例和后喷持续角)和进气系统参数(涡流比和EGR率)对燃烧过程和排放特性的影响。预喷通过少量放热提前加热燃烧室,进而影响燃烧和排放。提前预喷正时,早期主喷燃油产生的瞬时放热率曲线前移,滞燃期缩短,燃烧重心提前。145°喷雾包角下提前预喷正时,燃烧前期的Soot生成增多但促进燃烧后期的Soot氧化,Soot最终排放先升高后降低。喷雾包角通过改变油束在燃烧室内的落点位置影响油气混合过程。喷雾包角增大,缸内压力和主燃烧瞬时放热率的峰值升高,燃烧重心前移,Soot排放显著降低,指示燃油消耗率减少。在150°喷雾包角时,缸内局部高温区域最少,NOx排放最低。后喷可以促进燃烧后期的湍流混合和燃烧。后喷比例增大,主燃烧的瞬时放热率峰值降低,后喷燃油燃烧产生的瞬时放热率峰值升高,缸内压力峰值和平均温度降低,燃烧持续期延长,NOx排放降低。在使用小后喷持续角时耦合大后喷比例,或在大后喷持续角时耦合小后喷比例,都有利于降低Soot排放。后喷持续角增大,后喷燃油燃烧更平缓,缸内的局部高温区减少,NOx排放降低。但由于更多的后喷燃油在低温缺氧环境中燃烧,抑制Soot氧化,Soot排放升高。在4℃A或6℃A后喷持续角下增加后喷比例可同时降低NOx和Soot排放。EGR的稀释效应使缸内混合气中的氧含量降低,EGR的热效应使混合气的吸热能力加强。增大EGR率,燃烧速率减慢,局部高温区域减少,滞燃期延长,燃烧重心推迟,NOx排放显著降低,而Soot排放增加。增大涡流比可有效促进初期燃油蒸发及与空气的混合,加快燃烧速率,滞燃期缩短,但涡流比过大会对中后期燃烧带来不利影响,燃烧持续期延长。在一定范围内减小涡流比,可同时降低NOx和Soot排放,且该范围受EGR率的影响。

关键词：船用柴油机数值模拟喷雾包角预喷策略后喷策略涡流比 EGR

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进气组分耦合预喷对柴油机燃烧过程影响模拟

内燃机学报 2017年第1期35卷 16-24页

作者：沈颖刚朱文霞肖仁鑫陈贵升陈春林昆明理工大学云南省内燃机重点实验室云南昆明650500

通过高压共轨柴油机,基于正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化动力学机理耦合三维CFD模型,模拟研究不同进气组分(O_2、H_2和CO_2)耦合策略对发动机燃烧过程的影响.研究表明:当预-主喷间隔为4°,CA时,相比单次喷射,预喷使主喷滞燃期明显缩短(... 详细信息

通过高压共轨柴油机,基于正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化动力学机理耦合三维CFD模型,模拟研究不同进气组分(O_2、H_2和CO_2)耦合策略对发动机燃烧过程的影响.研究表明:当预-主喷间隔为4°,CA时,相比单次喷射,预喷使主喷滞燃期明显缩短(尤其掺H_2时),瞬时放热率峰值与最大压力升高率(MPRR)均降低;但随预-主喷间隔增大,预喷对主喷燃烧影响减弱.进气掺O_2时,富氧氛围使燃油充分燃烧,预-主喷间隔对NO和碳烟(soot)影响均较小.进气掺H_2和CO_2时,预喷使乙炔(C2H,2)和多环芳香烃芘(A4)生成增多,导致soot排放较单次喷射显著升高(尤其掺CO_2).但随预-主喷间隔增大,soot因主喷滞燃期延长而逐渐降低;对于进气掺H_2,预喷油量为10%,时,随主喷定时推迟,MPRR降低,soot升高;当预喷量增至20%,时,预喷燃烧会引起大量H_2早燃放热,削弱主喷定时对主喷燃烧的影响,MPRR因燃烧重心前移仍较高.因而进气掺H_2,预喷比例不宜过高,且喷油定时应适当推迟.

关键词：共轨柴油机预喷策略进气组分压力升高率碳烟

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柴油多次喷射对船舶DMCC发动机的影响

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2020年第1期53卷 96-104页

作者：姚春德王辉姚安仁王斌李壮壮刘明宽天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室

为探究带预喷的柴油多次喷射对柴油/甲醇组合燃烧(diesel methanol compound combustion,DMCC)船舶发动机性能、燃烧和排放的影响,在一台船舶柴油机进行DMCC模式改造的基础上,选择该发动机推进特性常用的3个工况点开展了纯柴油模式和双... 详细信息

为探究带预喷的柴油多次喷射对柴油/甲醇组合燃烧(diesel methanol compound combustion,DMCC)船舶发动机性能、燃烧和排放的影响,在一台船舶柴油机进行DMCC模式改造的基础上,选择该发动机推进特性常用的3个工况点开展了纯柴油模式和双燃料模式下有无预喷的试验研究.3个工况点分别为发动机25%、50%和75%额定功率点.研究结果表明,发动机采用带预喷的喷射策略可以使双燃料模式下的甲醇替代率大幅提升,并使当量比油耗降低,且负荷越大,当量比油耗降低越多.采用预喷策略后,发动机在两种燃料模式下的燃烧开始时刻都会提前,但在双燃料模式时提前更多,同时双燃料模式下的放热率峰值和压升率峰值大幅降低,燃烧定容度增加,热效率提高.此外,预喷策略可以使双燃料模式下的NOx排放大幅降低,3个工况点分别降低24.97%、37.98%和40.02%;PM(particulate matter)排放略有增加,但仍低于纯柴油无预喷模式.

关键词：预喷策略双燃料船舶发动机燃烧 PM NOx

喷油策略耦合EGR对生物柴油/柴油/PODE3-4混合燃料柴油机性能的影响

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喷油策略耦合EGR对生物柴油/柴油/PODE3-4混合燃料柴油机性能的影...

作者：李中举广西大学

学位级别：硕士

化石能源紧缺及能源消耗导致的环境污染背景下,寻找可再生的环境友好型替代燃料,成为内燃机研究的热点领域。日趋严苛排放法规下,燃油喷射系统逐步电控化,可根据发动机工况的变化,进行喷油参数的灵活调整。在燃用新型替代燃料的背景下,... 详细信息

化石能源紧缺及能源消耗导致的环境污染背景下,寻找可再生的环境友好型替代燃料,成为内燃机研究的热点领域。日趋严苛排放法规下,燃油喷射系统逐步电控化,可根据发动机工况的变化,进行喷油参数的灵活调整。在燃用新型替代燃料的背景下,系统研究柴油机的喷油策略对性能的影响,对于替代燃料的应用和控制策略的优化具有重要意义。本文在一台四缸2.17L排量、涡轮增压车用柴油机上,通过引入20%EGR实现低温燃烧,研究喷油策略对生物柴油/柴油/PODE混合燃料柴油机性能的影响。试验所用燃料分别为D100(纯柴油),BD20(纯柴油中掺混20%体积比的菜籽生物柴油),BDP10(BD20中掺混10%体积比的PODE)和BDP20(BD20中掺混20%体积比的PODE)。改变单次喷射喷油正时,喷油压力和预喷策略(预喷油量及预喷时刻)等参数,测量柴油机燃烧和排放数据。单次喷射试验结果表明:当喷油正时相同时,四种燃料的最大压力升高率(MPRR)由大到小依次为D100>BD20>BDP10>BDP20;纯柴油的燃油消耗低于其他三种混合燃料;推迟喷油正时,所有燃料的NOx排放减少,HC排放升高,Soot和CO排放先降低后升高。与D100相比,BD20的soot和HC排放更高,总颗粒物数浓度和质量浓度均上升,但是,添加PODE后,Soot和HC排放下降,总颗粒物数浓度和质量浓度均减少,且随着PODE掺混比例的增加,趋势更加明显。喷油压力试验结果表明:提高喷油压力,所有燃料缸内压力峰值和放热率峰值升高,滞燃缩短期,放热起始点前移,MPRR升高;四种燃料的燃油消耗率按升序排列为D100喷油压力,四种燃料的Soot、HC和CO排放降低,但NOx排放有所增加;相比D100,BD20的Soot排放升高,继续掺混PODE可显著降低soot排放,其中BDP20实现极低的Soot排放;提高喷油压力,所有燃料的总颗粒数浓度和质量浓度均减小;当喷油压力变化时,各燃料的总颗粒物质量浓度按降序排列为 60MPa>80MPa>120MPa>160MPa。预喷策略试验结果表明:提高预喷油量,预喷放热峰值增大,主喷放热率峰值降低,着火提前且平均缸压升高;为了实现NOx和Soot排放的同时降低,应在较小预喷间隔下,降低预喷油量。相比D100,BD20的Soot 和 HC 排放升高,BDP10 和 BDP20 的 NOx、Soot、CO、HC 等排放均降低。预喷率对柴油机颗粒物排放的影响比预喷间隔更明显,提高预喷油量,四种燃料的总颗粒物数浓度、质量浓度同时降低。此外,燃料性质对柴油机颗粒物排放影响明显,相比D100,BD20总颗粒物数浓度、质量浓度、几何平均粒径均增大,而BDP10和BDP20的总颗粒物数浓度、质量浓度、几何平均粒径均显著降低。

关键词：喷油正时喷油压力预喷策略 EGR 柴油/生物柴油/PODE

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燃气预喷对高压直喷天然气船机的影响研究

内燃机工程 2018年第5期39卷 73-79页

作者：王解托刘腾董晶瑾刘海峰叶映尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 中船动力研究院有限公司上海200120

针对高压直喷(HPDI)天然气双燃料低速船机的燃料喷射系统,研究了不同的天然气预喷策略对发动机燃烧特性及性能的影响,探究了适用于低速船机燃烧系统的天然气喷气规律。利用计算流体力学(CFD)软件Converge建立了HPDI天然气双燃料的单缸... 详细信息

针对高压直喷(HPDI)天然气双燃料低速船机的燃料喷射系统,研究了不同的天然气预喷策略对发动机燃烧特性及性能的影响,探究了适用于低速船机燃烧系统的天然气喷气规律。利用计算流体力学(CFD)软件Converge建立了HPDI天然气双燃料的单缸机仿真模型,与试验数据进行标定后,计算得到了不同预喷间隔及预喷比例下发动机燃烧性能和排放数据。分析计算结果表明,预喷策略的采用影响了燃烧过程中预混燃烧的比例,从而影响了燃烧放热相位及燃烧等容度。预喷比例相比预喷间隔对燃烧过程的影响更显著,后者在较大预喷比例下才会明显影响缸内燃烧放热过程。合理优化预喷策略可控制预混燃烧程度,从而同时改善NOx排放和油耗。不同的预喷策略使得缸内碳烟分布区域不同;与无预喷算例相比,采用预喷策略的算例最终碳烟排放量偏高。

关键词：天然气预喷策略微引燃低速船机 CFD