宋云超[1]2008年在《预混合压燃氢气/柴油发动机混合气形成与燃烧过程的研究》文中研究指明当今社会能源危机和环境问题日益严重,传统的汽油机和柴油机燃烧方式都很难同时降低氮氧化物和碳烟的排放,所以有必要丌发研究新型低排放的燃烧方式。准均质充量压缩点火燃烧(QHCCI)方式占总燃料多数的预混合燃料以稀薄燃烧完成,故可能有很低的排放,尤其是碳烟和氮氧化物。由于燃烧速度比较快,QHCCI燃烧系统还有望有较好的燃油经济性,被认为是未来取代传统发动机燃烧方式的最有前途的技术之一,是目前内燃机界研究的热点。本文采用数值模拟计算的研究方法,对预混合压燃氢气/柴油发动机混合气的形成过程和燃烧过程进行了深入的研究。论文研究第一部分,针对预混合压燃氢气/柴油发动机的特点,建立数学模型,改进原KIVA-3V程序,使其不仅能够对纯柴油发动机的工作过程进行模拟,而且能够对预混合压燃氢气/柴油发动机的工作过程进行数值模拟;论文研究第二部分,对预混合压燃氢气/柴油发动机混合气的形成过程进行研究,分析燃油喷雾特性、初始涡流比和转速等对预混合压燃氢气/柴油发动机混合气形成的影响;论文研究第三部分,对预混合压燃氢气/柴油发动机着火和燃烧过程进行研究,分析引燃柴油喷雾特性、喷嘴喷孔数目、初始涡流比和转速对预混合压燃氢气/柴油发动机着火和燃烧过程的影响。数值模拟结果与实验数据有较好的吻合度,说明改进后的KIVA-3V程序不仅能够对纯柴油发动机的工作过程进行模拟,而且能够对预混合压燃氢气/柴油发动机的工作过程进行数值模拟,这为应用KIVA-3V程序及相关模型进行理论分析奠定了可靠的基础。通过研究发现,预混合压燃氢气/柴油发动机整个燃烧过程符合准均质压缩点火燃烧的特点。其燃烧过程首先在某个曲轴转角时刻柴油压燃,之后通过预混柴油燃烧放出的热量点燃周围的氢气,之后是氢气大面积的预混合主燃烧;循环氢气量越多,主燃烧(氢气大面积的预混合燃烧)会越剧烈;通过控制循环柴油量和氢气量的比例,可以同时降低一氧化氮和碳烟的排放。通过研究确定了引燃柴油喷雾特性、喷油器喷孔数目、初始涡流比和转速对预混合压燃氢气/柴油发动机混合气形成和燃烧过程的影响规律。通过选取发动机合适的转速、喷嘴喷孔数目和初始涡流比,调整喷油提前角、喷雾粒子群出口速度、喷油油量和循环氢气量,可以控制预混合压燃氢气/柴油发动机的混合气形成和燃烧过程,实现准均质充量压缩点火燃烧。
高海洋[2]2000年在《QHCCI（准均质充气压缩点燃）燃烧系统研究》文中研究表明人类社会面临着两个严重问题:一个是环境污染问题,另一个是能源危机问题,这两个问题都与内燃机有密切的关系。本文通过对当前汽车发动机的研究进展作的回顾,认为汽油机上实现稀薄预混合气燃烧和柴油机上实现预混合燃烧是当前和未来研究的重要方向。 作者对一台N485分隔燃烧室柴油机进行了改造,在改造为直接喷射的基础上,开发、安装了QHCCI燃烧系统中的汽油喷射系统;提出了以油门开度信号作为汽油喷射量控制信号的控制方法;并且对柴油泵供油齿条位置传感器进行了标定。测控系统可同时进行汽油喷射控制、实时测量和处理,也可进行实时数据采集和分析。对汽油喷油器进行了静态流量和动态流量的测试。 本课题首次在以这台经过改造的四缸直接喷射柴油机为基础的试验机上进行了汽油-空气预混合气进气、压缩行程未期柴油引燃的QHCCI燃烧系统的试验研究。作者对汽油喷射定时对于发动机性能的影响进行了试验研究。试验发现,如将喷油器安装在发动机进气歧管上,距离进气门有较大距离时,QHCCI燃烧发动机的性能受喷射定时的影响很小。作者还调节了喷射压力,试验发现,提高喷射压力可以提高汽油雾化的质量,适当提高燃油喷射压力,发动机排放性能和燃油经济性会有一定的改善。 试验发现,柴油喷射系统在小供油量时的稳定性对QHCCI发动机的性能起着决定性的影响,而对于多缸机来说,各缸之间的供油均匀性则起着关键性的影响。减小油泵柱塞直径对稳定性有好处;仔细调校油泵对各缸均匀性至关重要。另外各缸喷油器的一致性也是十分重要的。 由于QHCCI燃烧系统的空间点火方式,在作者试验的引燃油量条件下,在试验的预混合气浓度范围之内,QHCCI发动机没有明显的稀燃界限,但当预混合气过量空气系数大于3.0以后,在小引燃油量下,燃烧的效率恶化。由于进气不节流,低负荷时仍然采用QHCCI燃烧方式,会因预混合气过于稀薄而使发动机性能变坏。 QHCCI燃烧方式实现了同时减小发动机烟度和氮氧化合物排放的目的。十三工况排放测试结果表明,在发动机的微粒排放和氮氧化合物排放降低的同时,HC/CO排放却有较大的上升。 本文首次将多工况多指标寻优应用于发动机试验数据的进一步处理,对发动机运行参数的调整起到了指导作用;十三工况试验时,在优化组合的前提下,不同的工况采用不同的提前角,就可以得到比采用单一提前角更为优越的性能。 首次建立了一个准维数学模型,巧妙地将柴油的扩散燃烧与预混合气的火焰传播燃烧结合起来,对QHCCI系统的工作过程进行了模拟。模拟结果与试验结果非常一致。模拟解释了试验中出现的一些现象,模拟也发现火焰很难传遍
高海洋, 曹惠玲, 张延峰[3]2002年在《准均质充气压缩点燃系统燃烧特性研究》文中指出准均质充气压缩点燃 (QHCCI)燃烧系统是在柴油机上实现稀薄预混合气燃烧的有效方法 ,建立了一个燃烧过程准维数学模型 ,结合试验结果 ,对 QHCCI系统的燃烧特性进行了研究。内容包括引燃柴油喷射定时对系统燃烧性能的影响 ,引燃柴油喷射量对系统的影响 ,以及发动机工作粗暴的特性。模拟结果与试验结果一致 ,并发现QHCCI燃烧系统的放热律曲线一般呈双峰 ,引起爆震的原因主要是引燃柴油喷射量大或喷射早造成上止点附近的大量剧烈燃烧造成的。
高海洋, 张延峰, 刘文胜, 王海, 息树和[4]2001年在《准均质充气压缩点燃(QHCCI)燃烧系统的模拟研究》文中研究指明建立了一个准维数学模型 ,将扩散燃烧和火焰传播燃烧同时分别加以计算 ,并有机结合 ,对准均质充气压缩点燃 (QHCCI)燃烧系统进行了数学模拟。利用模型和试验结果 ,对 QHCCI燃烧系统的工作机理进行了研究。研究结果表明 ,少量汽油被引燃柴油卷吸进入喷雾区 ,增加了扩散燃烧的燃油质量 ;当预混合气开始燃烧后 ,扩散燃烧并没有结束 ;一般地 ,QHCCI燃烧系统的燃烧放热率曲线具有特殊的“双峰”现象
高海洋, 曹惠玲, 董锡强[5]2001年在《柴油机预混合燃烧技术》文中提出介绍了近年来在柴油机上进行了一系列实现均质预混合燃烧技术的研究 ,包括预混稀薄狄塞尔燃烧系统 ,UNIBUS燃烧系统 ,均质充气压缩着火 (HCCI)燃烧系统 ,准均质预混合气充气压缩点燃 (QHCCI)燃烧系统 ,提出这些研究对于根本解决扩散燃烧的缺陷所具有的重要意义。
栾兴存[6]2015年在《柴油机在RCCI燃烧模式下的实验研究与数值计算》文中提出为了实现柴油机排放污染物中NOx及碳烟的同时降低,众多清洁高效的新型燃烧模式(如低温燃烧)得以迅速发展。但HCCI燃烧可控性差、难以向高负荷拓展;PCI则对EGR要求较高阻碍了两者的发展。RCCI燃烧模式通过双喷射的形式,将不同化学反应活性的燃料喷入气缸并在缸内形成不同的化学反应活性梯度,以实现对燃烧的控制。本文通过对发动机台架进行进气道改造,完成双喷射台架搭建。并在不同工况下系统地研究了不同汽油比例、不同柴油喷油正时以及不同预混燃料(汽油、乙醇、20%丁醇汽油)对RCCI燃烧及排放特性的影响。研究表明,在不同负荷下,随汽油比例变化呈现出多种放热规律,可以实现NOx、碳烟的同时降低;随柴油喷油提前角减小,缸内燃烧更加柔和,NOx排放进一步降低。醇类燃料可以实现缸内燃料更大范围的活性梯度的变化,以及更低的NOx及碳烟的排放。汽油在高负荷高预混比例时容易产生工作粗暴现象,通过实验证明,减小喷油提前角、进气道喷射化学反应活性更低的醇类燃料可以实现RCCI燃烧模式向高负荷的拓展。利用详细化学反应动力学机理与多维CFD计算软件耦合,实现了对RCCI燃烧模式的模拟计算,结果表明,该燃烧模式为柴油多点同时着火形成多个点火核心进而引燃汽油,与传统柴油燃烧相比,缸内高温区域明显减少,从而降低了NOx排放;同时发现,HC主要分布于燃烧室中心及缸壁附近,CO主要分布于靠近燃烧室中心位置的低温区域。
顾家旗[7]2016年在《基于喷氢策略的EGR对汽油机性能影响的研究》文中认为近年来,中国汽车市场发展态势良好,其长期向好的基本面是不变的,这是现代化进程中的刚性需求,但同时我国也面临着各种来自汽车行业的问题,除了国家政策、经济形势等外在因素,汽车行业内在需要面对的就是能源与环境。在国家大力推行“节能减排”的大环境下,汽车发展也必须接受这个挑战。氢能作为21世纪最清洁的能源,也为汽车未来的发展提供了新的启迪。本论文结合国家自然基金项目“氢气缸内直喷局部富氢稀燃汽油机及其混合动力汽车节能机理研究”,主要针对在发动机稀燃时NOx排放高的问题,提出通过加入EGR并结合喷氢策略控制NOx,旨在通过实验检验加入EGR的掺氢汽油机的动力性能以及排放性能。通过实验的前期试点,制订了一套较为完备的实验方案,喷氢策略主要有掺氢比、喷氢时刻以及转速控制,这是考虑以上参数均能影响氢气在缸内的流动状态,而EGR率的范围由其控制NOx的程度确定。实验首先对实验室进行改造,并搭建了以1.8T缸内直喷汽油机为实验原机的台架,并对其进行改装,加装了一套氢气缸内直喷系统,一套汽油进气道喷射系统,并通过实验室自主研发的电控系统进行控制。通过对扭矩峰值、缸压峰值、缸压峰值对应转角、滞燃期与急燃期的观察探究各项参数对燃烧性能的影响,同时对CO、HC以及NOx的排放进行检测,以观察排放性能的变化并得出如下结论:1.随着掺氢比的增加,缸压峰值在不断增大,同时缸压峰值对应转角也在不断提前;放热率的峰值也不断增大,且随着掺氢比的增加,放热过程越来越快且燃烧越发良好。随着喷射时刻的提前,缸压峰值在不断上升,但相比于进气冲程喷氢,压缩冲程喷氢若能合理考虑喷氢压力、喷氢时刻以及点火时刻的配合关系,则具有更大的改善缸内燃烧状态的潜力。随着转速的增加,缸压峰值都相对接近上止点,氢气对于增加火焰传播速度、改善内燃机的燃烧状况,具有十分明显的效果。2.恒定转速时,EGR率较小时不易采用较大的掺氢比;滞燃期与急燃期随EGR率增加而升高,而掺氢对急燃期的影响较大,但掺氢比对急燃期则影响较小,所以可以通过在EGR率较小时采用小掺氢比以到达既增大扭矩又提高急燃期的效果。3.恒定喷氢时刻时,不掺混氢气时,随着转速的提高,扭矩随着EGR率的增加而下降的更快,掺混氢气后这种影响变小。4.掺氢比一定时,可以在EGR率较小时尽可能推迟喷氢,而在EGR率较大时提前喷氢,可一定程度增大汽油机的扭矩,提高其动力性能。若想提高掺氢时的燃烧速度,可以通过提前喷氢实现。5.通过对CO、HC、NOx在不同喷氢时刻、掺氢比、转速时随EGR的变化规律的研究,可以发现,掺氢比的增加对于改善CO、HC排放具有促进效果,同时提前喷氢也能起到积极的作用;NOx排放受掺氢影响较大,随着掺氢比的增加而增大明显,但通过加入适当的EGR,能够达到既保证NOx排放较小,扭矩又有明显提升的效果。
参考文献：
[1]. 预混合压燃氢气/柴油发动机混合气形成与燃烧过程的研究[D]. 宋云超. 北京交通大学. 2008
[2]. QHCCI（准均质充气压缩点燃）燃烧系统研究[D]. 高海洋. 天津大学. 2000
[3]. 准均质充气压缩点燃系统燃烧特性研究[J]. 高海洋, 曹惠玲, 张延峰. 燃烧科学与技术. 2002
[4]. 准均质充气压缩点燃(QHCCI)燃烧系统的模拟研究[J]. 高海洋, 张延峰, 刘文胜, 王海, 息树和. 内燃机学报. 2001
[5]. 柴油机预混合燃烧技术[J]. 高海洋, 曹惠玲, 董锡强. 车用发动机. 2001
[6]. 柴油机在RCCI燃烧模式下的实验研究与数值计算[D]. 栾兴存. 华中科技大学. 2015
[7]. 基于喷氢策略的EGR对汽油机性能影响的研究[D]. 顾家旗. 吉林大学. 2016