直喷燃油特性对PPCI发动机性能影响的试验研究

摘要

高效清洁燃烧是当前发动机领域的研究热点。传统压燃式发动机的扩散燃烧模式难以同时降低微粒和NOx排放,部分预混压缩点燃PPCI(Partially Premixture Compression Ignition)发动机具有压燃式和点燃式发动机的双重优点,在保持原型发动机功率输出的前提下,具有实现高效率低排放的潜力,是一种具有优良开发前景的新型燃烧模式。
　　本文在一台单缸压燃式发动机的基础上,增加了天然气进气预混系统,并通过进气道掺混CO2模拟EGR,对比研究了不同直喷液体燃料(柴油、生物柴油和DME)对PPCI发动机燃烧和排放性能的影响。
　　柴油直喷、CNG预混的PPCI发动机的燃烧与排放试验研究表明:(1)随着预混天然气量的增加,燃烧相位推迟,最大爆发压力降低,缸内平均温度降低;合理控制预混天然气的比例,发动机的当量燃油消耗率能得到降低;CO及未燃HC排放增加,NOx的排放降低,在高负荷时碳烟排放降低。(2)与原柴油机相比,柴油直喷的PPCI发动机在高负荷时经济性能更好, NOx和碳烟排放减少,CO、未燃HC排放增加。(3)随着EGR率的增加,最高爆发压力下降,燃烧相位推迟,放热率峰值略有增加;EGR率增加,当量燃油消耗率变化不大,在低速时甚至略有改善;EGR率增加,CO排放增加,未燃HC变化不大,碳烟排放也基本不变,NOx排放大幅降低。
　　生物柴油直喷、CNG预混的PPCI发动机性能研究表明:(1)直喷生物柴油 PPCI发动机具有与直喷柴油 PPCI发动机相似的燃烧排放性能;(2)与直喷柴油PPCI发动机相比,在天然气预混率(RCNG)较小时,其当量燃油消耗率低,在RCNG较大时当量燃油消耗率升高, CO降低,未燃HC基本不变,NOx排放和烟度排放降低;(3)与直喷柴油的PPCI发动机相比,EGR对直喷生物柴油PPCI发动机的燃烧排放性能的影响一致,不同的是,在高负荷时采用高EGR率时,碳烟排放减少的幅度更大。
　　研究直喷DME的PPCI发动机的性能表明:(1)燃料供给系统几何参数基本不变的情况下,相同转速下,纯DME发动机的负荷率为原柴油机的40％左右;纯DME发动机在低负荷时,CO、NOx和碳烟排放更少,未燃HC排放增多。(2)与直喷柴油及生物柴油的PPCI发动机相比,直喷DME的PPCI发动机CO、未燃HC、NOx及碳烟排放更低。(3)直喷DME的PPCI发动机能实现无烟燃烧,且其能容许的EGR率更大,具有更好的降低NOx排放的潜力。
　　研究结果表明,合理选择直喷燃料,能实现PPCI发动机的稳定燃烧,有效改善发动机的燃烧排放性能;高含氧量、高十六烷值、低沸点的直喷燃料,能降低PPCI发动机的CO、NOx和碳烟排放,甚至在全负荷工况下消除烟度排放,并有利于更大比例使用EGR降低NOx排放,是优良的PPCI发动机直喷燃料。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 PPCI发动机的研究现状

1.3 本文主要内容

第二章 试验台架、燃料、方法及原机试验结果

2.1 试验台架系统

2.2 试验燃料

2.3 试验方法

2.4 原机性能测试

2.5 本章小结

第三章 直喷柴油PPCI发动机性能研究

3.1 预混天然气量对直喷柴油PPCI发动机性能的影响

3.2 柴油直喷 PPCI发动机与原发动机性能对比

3.3 EGR率对直喷柴油PPCI发动机性能的影响

3.4总章小结

第四章 直喷生物柴油PPCI发动机的性能研究

4.1 预混天然气对直喷生物柴油PPCI发动机的性能的影响

4.2 直喷生物柴油与直喷柴油PPCI发动机发动机性能比较

4.3 EGR对直喷生物柴油和柴油的PPCI发动机性能的影响

4.4 总结

第五章 直喷DME PPCI发动机性能研究

5.1 DME发动机性能研究

5.2 低转速下不同直喷燃料PPCI发动机性能研究

5.3 EGR率对不同直喷燃料PPCI发动机性能的影响

5.4 总结

第六章 总结及工作展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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