基于噴射策略和燃料設(shè)計(jì)的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)高效低排放燃燒模式研究.pdf

1、面對(duì)日益嚴(yán)格的排放法規(guī)和嚴(yán)重的能源危機(jī)，本文采用試驗(yàn)和仿真的手段對(duì)高效低排放低溫燃燒進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。本文綜合運(yùn)用EGR，噴射策略以及燃料設(shè)計(jì)等手段，在高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)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(diǎn);并且通過(guò)燃料設(shè)計(jì)的理念，拓展了低溫燃燒的運(yùn)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(diǎn)，研究了多次噴射策略對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)低溫燃燒燃燒和排放的影響規(guī)律;最后，通過(guò)仿真手段對(duì)低溫燃燒缸內(nèi)過(guò)程和熱效率的影響因素

2、進(jìn)行了分析。全文總結(jié)如下:
　　 (1)采用多次噴射策略，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)HCCI-DI復(fù)合燃燒模式。研究了預(yù)噴時(shí)刻，預(yù)噴量，以及主噴時(shí)刻等因素對(duì)HCCI-DI燃燒和排放特性的影響規(guī)律，并通過(guò)綜合考慮各影響因素，對(duì)HCCI-DI燃燒進(jìn)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(kuò)散燃燒三階段組成。主噴時(shí)刻對(duì)HCCI-DI燃燒和排放的影響最大，預(yù)噴量和預(yù)噴時(shí)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(jìn)一步降低。
　　 (2)為了進(jìn)一步降低NOx排放，通過(guò)采用中等EGR和推遲噴射時(shí)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(jìn)行了對(duì)比;研究了不同EGR率、噴射時(shí)刻和噴射壓力對(duì)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(zhǎng)滯燃期的方式也能在中低負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)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(kāi)始時(shí)刻明顯的推遲，滯燃期增長(zhǎng)，有利于燃料和空氣的混合。低溫燃燒下，NOx排放隨著噴射時(shí)刻的推遲而下降，煙度排放隨著噴射時(shí)刻的推遲出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了NOx排放和煙度排放的同時(shí)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(jì)的思想，研究了含氧燃料生物柴油和多次噴射策略對(duì)低溫燃燒和排放的影響;研究了燃料組分、預(yù)噴時(shí)刻和

5、預(yù)噴量對(duì)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(jìn)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(shí)，在高負(fù)荷也實(shí)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(jìn)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(yùn)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(dòng)。
　　 (4)為了進(jìn)一步優(yōu)化低溫燃

6、燒模式，研究了乙醇柴油對(duì)低溫燃燒的燃燒和排放的影響規(guī)律，并且對(duì)乙醇柴油的低溫燃燒運(yùn)行范圍進(jìn)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(zhǎng)，增加了燃料和空氣的混合時(shí)間，降低了燃空當(dāng)量比，同時(shí)含氧可以促進(jìn)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(yùn)行范圍拓展到高負(fù)荷。BDE20燃料可采用較早的噴射時(shí)刻，使低溫燃燒的熱效率得到進(jìn)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(shí)，實(shí)現(xiàn)了高效低排放的燃燒模式。
　　 (5)通過(guò)運(yùn)用3D流體力學(xué)軟件對(duì)傳統(tǒng)燃燒和低溫燃燒模式進(jìn)行了仿真計(jì)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(diǎn)對(duì)影響低溫燃燒熱效率的各因素進(jìn)行了分析。研究表明:缸內(nèi)壓力的模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)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(guò)程明顯要長(zhǎng)于傳統(tǒng)燃燒模式。從影響熱效率的各個(gè)因素來(lái)說(shuō)，燃燒