二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混合壓縮著火燃燒的研究.pdf

1、均質(zhì)充量壓縮著火(Homogeneouschargecompressionignition，HCCI)燃燒是一種新的內(nèi)燃機(jī)燃燒方式，它可以同時(shí)大幅降低內(nèi)燃機(jī)碳煙和氮氧化物兩種主要有害排放，有較高的熱效率。本文研究目的是研究二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混合壓縮著火燃燒。主要研究二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混合壓縮著火燃燒的燃料適應(yīng)性問題和內(nèi)部EGR對(duì)預(yù)混合壓縮著火燃燒的影響。 本文首先建立了二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混合壓縮著火燃燒的研究平臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)架為一臺(tái)壓縮比為1

2、5的二沖程單缸柴油機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)不同的內(nèi)部EGR率，通過缸內(nèi)早噴來實(shí)現(xiàn)預(yù)混合氣的制備。 采用數(shù)值模擬技術(shù)研究了二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體流動(dòng)特性，計(jì)算了不同掃氣壓力下的內(nèi)部EGR率，理論分析了內(nèi)部EGR的高溫作用和比熱容作用。研究發(fā)現(xiàn)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體流動(dòng)復(fù)雜，在掃排氣過程中它的滾流和渦流較強(qiáng)，渦流比和滾流比變化很大，湍動(dòng)能和湍流耗散率的變化也很大。在相同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，掃氣壓力越高，內(nèi)部EGR率越小，不同掃氣壓力下，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部EG

3、R率可以從15％變化到70％；在同一轉(zhuǎn)速和掃氣壓力下，內(nèi)部EGR率隨負(fù)荷增大而降低。內(nèi)部EGR的高溫作用使著火提前，比熱容作用可以降低缸內(nèi)壓縮終點(diǎn)的溫度，內(nèi)部EGR的高溫作用遠(yuǎn)大于內(nèi)部EGR的比熱容作用。 研究了二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)早噴混合氣形成過程和燃燒過程。結(jié)果表明，通過早噴形成的混合氣在著火前是稀薄混合氣，缸內(nèi)滾流和渦流影響混合氣濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。滾流和渦流容易使燃油碰壁，缸內(nèi)溫度場(chǎng)分布不均。對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)通過早噴形成預(yù)混合氣來說，

4、渦流、滾流和噴嘴結(jié)構(gòu)必須優(yōu)化匹配。缸內(nèi)滾流和渦流影響著火點(diǎn)和中間產(chǎn)物的分布。幾種主要的中間產(chǎn)物，如OH、H2O2、HO2開始在靠近氣缸中心、溫度高的地方生成，溫度對(duì)它們的生成影響很大。NO在高溫和氧氣濃度較高的地方產(chǎn)生，而CH2O和CO在溫度低的地方濃度較高。 對(duì)于柴油燃料來說，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混合壓縮著火燃燒試驗(yàn)表明，燃燒發(fā)生在上止點(diǎn)前，隨內(nèi)部EGR和負(fù)荷的增大，著火進(jìn)一步提前。這些都導(dǎo)致壓縮負(fù)功增加。通過柴油摻混20％DMC、

5、壓縮比降低和減少內(nèi)部EGR三種措施，可以使柴油預(yù)混合壓縮著火燃燒得到控制，負(fù)荷范圍得到拓展。在預(yù)混合壓縮著火燃燒控制中，最重要的是對(duì)第一階段反應(yīng)的控制；推遲燃燒，柴油燃燒第一階段放熱量所占百分比下降；提高內(nèi)部EGR率和摻混DMC可以減小二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)最大爆發(fā)壓力的循環(huán)波動(dòng)，降低壓縮比使其波動(dòng)變大。當(dāng)燃料十六烷值降低，辛烷值提高，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混合壓縮著火燃燒有所滯后。因此，從二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混合燃燒的燃料適應(yīng)性來看，應(yīng)使用較低十六烷值燃料。

6、 隨燃料十六烷值進(jìn)一步降低，辛烷值提高，通過內(nèi)部EGR在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)了低十六烷值參比燃料(PRF90)的預(yù)混合壓縮著火燃燒，燃燒發(fā)生在上止點(diǎn)左右，避免了因早燃產(chǎn)生的壓縮負(fù)功，負(fù)荷范圍得到拓展。 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)柴油、摻混柴油和參比燃料預(yù)混合壓縮著火燃燒中，排氣中未測(cè)出NOx，只是在接近爆震時(shí)檢測(cè)到NOx，測(cè)出的碳煙排放極低，CO排放在低負(fù)荷下較高，隨負(fù)荷增大而降低。 根據(jù)本文研究結(jié)果，得出了二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混