基于噴射策略和燃料設(shè)計的壓燃式發(fā)動機高效低排放燃燒模式研究.pdf

1、面對日益嚴(yán)格的排放法規(guī)和嚴(yán)重的能源危機，本文采用試驗和仿真的手段對高效低排放低溫燃燒進行了系統(tǒng)深入的研究。本文綜合運用EGR，噴射策略以及燃料設(shè)計等手段，在高壓共軌發(fā)動機上實現(xiàn)了低溫燃燒。研究了低溫燃燒模式下燃燒和排放的特點;并且通過燃料設(shè)計的理念，拓展了低溫燃燒的運行工況和提高了低溫燃燒的熱效率;結(jié)合低溫燃燒和多次噴射的優(yōu)點，研究了多次噴射策略對發(fā)動機低溫燃燒燃燒和排放的影響規(guī)律;最后，通過仿真手段對低溫燃燒缸內(nèi)過程和熱效率的影響因素

2、進行了分析。全文總結(jié)如下:
　　 (1)采用多次噴射策略，實現(xiàn)了發(fā)動機HCCI-DI復(fù)合燃燒模式。研究了預(yù)噴時刻，預(yù)噴量，以及主噴時刻等因素對HCCI-DI燃燒和排放特性的影響規(guī)律，并通過綜合考慮各影響因素，對HCCI-DI燃燒進行了優(yōu)化。研究表明:HCCI-DI燃燒模式的放熱率由HCCI低溫反應(yīng)、HCCI高溫反應(yīng)和擴散燃燒三階段組成。主噴時刻對HCCI-DI燃燒和排放的影響最大，預(yù)噴量和預(yù)噴時刻的影響較小。HCCI-DI燃燒模

3、式可以保證在煙度和燃油消耗率變化不大的情況下，有效地降低了中小負(fù)荷的NOx排放。但是，高負(fù)荷的NOx排放仍然較高，有待進一步降低。
　　 (2)為了進一步降低NOx排放，通過采用中等EGR和推遲噴射時刻的策略，研究了低溫燃燒(LTC)的燃燒和排放特征，并且和傳統(tǒng)燃燒模式進行了對比;研究了不同EGR率、噴射時刻和噴射壓力對低溫燃燒和排放的影響規(guī)律。研究表明:采用中等EGR率，結(jié)合延長滯燃期的方式也能在中低負(fù)荷范圍內(nèi)實現(xiàn)低溫燃燒。低

4、溫燃燒缸內(nèi)壓力峰值顯著下降，放熱率的開始時刻明顯的推遲，滯燃期增長，有利于燃料和空氣的混合。低溫燃燒下，NOx排放隨著噴射時刻的推遲而下降，煙度排放隨著噴射時刻的推遲出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢，實現(xiàn)了NOx排放和煙度排放的同時下降。NOx排放隨著噴射壓力的提高而升高，煙度、HC和CO排放隨著噴射壓力的提高而下降。
　　 (3)根據(jù)燃料設(shè)計的思想，研究了含氧燃料生物柴油和多次噴射策略對低溫燃燒和排放的影響;研究了燃料組分、預(yù)噴時刻和

5、預(yù)噴量對混合燃料低溫燃燒模式的影響規(guī)律。研究表明:含氧燃料生物柴油，促進和改善了缸內(nèi)燃燒，有利于煙度排放的降低。當(dāng)燃料為純生物柴油時，在高負(fù)荷也實現(xiàn)了低溫燃燒。生物柴油把低溫燃燒的負(fù)荷范圍拓展到高負(fù)荷，低溫燃燒的熱效率較柴油略高或者與其相當(dāng)。多次噴射低溫燃燒可以進一步降低NOx排放，熱效率也得到改善，但是煙度排放增加，縮小了工況運行范圍。選擇合適的預(yù)噴量，有助于降低低溫燃燒壓力升高率和循環(huán)變動。
　　 (4)為了進一步優(yōu)化低溫燃

6、燒模式，研究了乙醇柴油對低溫燃燒的燃燒和排放的影響規(guī)律，并且對乙醇柴油的低溫燃燒運行范圍進行了分析。研究表明:乙醇柴油是低十六烷值含氧燃料，低十六烷值可使滯燃期延長，增加了燃料和空氣的混合時間，降低了燃空當(dāng)量比，同時含氧可以促進和改善了缸內(nèi)燃燒，兩者有效地降低了煙度排放，煙度排放在高負(fù)荷下降更加明顯，乙醇柴油將低溫燃燒的負(fù)荷運行范圍拓展到高負(fù)荷。BDE20燃料可采用較早的噴射時刻，使低溫燃燒的熱效率得到進一步提高。與柴油燃料相比，BDE

7、20燃料在拓展低溫燃燒負(fù)荷范圍的同時，實現(xiàn)了高效低排放的燃燒模式。
　　 (5)通過運用3D流體力學(xué)軟件對傳統(tǒng)燃燒和低溫燃燒模式進行了仿真計算，研究了缸內(nèi)的溫度、正庚烷、CH2O、OH、NO和CO分布和發(fā)展歷程，并且重點對影響低溫燃燒熱效率的各因素進行了分析。研究表明:缸內(nèi)壓力的模擬計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較吻合。低溫燃燒的最高溫度比傳統(tǒng)燃燒低。低溫燃燒模式的正庚烷低溫氧化過程明顯要長于傳統(tǒng)燃燒模式。從影響熱效率的各個因素來說，燃燒