EGR對燃用不同燃料小型強化SI發(fā)動機性能及爆震的影響研究.pdf

1、為了應對日益嚴格的排放法規(guī)和油耗法規(guī)，小型強化（supercharged downsizing）技術是SI發(fā)動機發(fā)展的主流方向之一。燃用新型生物質(zhì)代用燃料也被證明能夠有效減少SI發(fā)動機CO2排放。隨著SI發(fā)動機小型強化程度的提高，發(fā)動機爆震傾向明顯增強。同時，代用燃料在發(fā)動機中的應用也存在性能優(yōu)化及爆震抑制等問題。廢氣再循環(huán)技術是抑制發(fā)動機爆震及優(yōu)化燃用代用燃料發(fā)動機性能的有效技術手段。為進一步揭示燃用不同燃料對小型強化SI發(fā)動機性能和

2、爆震的影響規(guī)律，探索爆震抑制方法，本文基于一臺單缸SI發(fā)動機，開展了不同壓縮比、進氣壓力和進氣溫度及EGR率對燃用不同燃料（包括汽油、正丁醇和2-甲基呋喃）發(fā)動機的性能和爆震的影響研究，并結合AVL-FIRE對上述因素的影響機理開展了數(shù)值模擬研究。
　　首先，基于最大扭矩輸出點火時刻，開展了不同壓縮比、進氣壓力和進氣溫度對SI發(fā)動機燃用不同燃料的性能影響的試驗研究。結果表明：進氣壓力對提高 BMEP效果最好，壓縮比次之，其中對2-

3、甲基呋喃尤其有效；提高進氣溫度一般會導致BMEP下降，但是適當進氣溫度能提高燃用正丁醇的發(fā)動機性能。
　　其次，開展了不同壓縮比、進氣壓力和進氣溫對SI小型強化發(fā)動機燃用不同燃料的爆震的影響試驗研究。研究結果表明：發(fā)動機的爆震強度對進氣壓力較為敏感，其次是壓縮比，而爆震強度對進氣溫度的敏感性較小，不同壓縮比下正丁醇爆震強度高于汽油。進氣壓力提高時，汽油和正丁醇壓力振蕩峰值增大，汽油對進氣壓力較為敏感。高壓縮比和高進氣壓力時，2-甲

4、基呋喃較容易發(fā)生表面點火現(xiàn)象。三種燃料中，正丁醇和2-甲基呋喃自燃后壓力振蕩峰值上升較快，然后迅速降低，爆震平均能量比汽油小。
　　為了研究EGR對發(fā)動機性能和爆震的影響關系，基于發(fā)動機相同爆震強度，開展了不同EGR率對發(fā)動機燃用三種燃料在不同壓縮比、不同進氣壓力和進氣溫度下的性能和爆震影響的試驗研究。研究結果表明：基于相同壓力振蕩峰值，壓力振蕩平均能量較小時EGR抑制爆震效果較為明顯。高壓縮比、高進氣壓力時，EGR抑制爆震的效果

5、最好，但發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性下降明顯。在相同點火時刻，正丁醇和2-甲基呋喃自燃延遲期較汽油短，但2-甲基呋喃爆震強度比汽油小，而正丁醇爆震強度高于汽油，因此，2-甲基呋喃可使用更大點火提前角優(yōu)化發(fā)動機性能。
　　最后，基于Fire開展了燃用汽油和正丁醇的SI發(fā)動機爆震燃燒過程模擬研究，定量分析了不同壓縮比、進氣壓力和進氣溫度等參數(shù)對爆震的影響機理。研究結果表明：壓縮比、進氣壓力及進氣溫度影響到自燃時刻、位置、自燃點的壓力及自燃化學

6、反應速率，尤其是進氣壓力對自燃化學反應速率影響較為顯著。對比兩種燃料，末端混合氣發(fā)生自燃時正丁醇未燃混合氣質(zhì)量分數(shù)低于汽油，而正丁醇的自燃化學反應速率高于汽油，由于正丁醇自
　　燃釋放的總能量較少，導致其壓力振蕩峰值小于汽油?；谙嗤c火時刻，使用 EGR后，汽油燃和正丁醇的末端混合氣自燃時刻推遲角度、未燃混合氣質(zhì)量分數(shù)和自燃化學反應速率均降低均減小，汽油減小的幅值較大。因此，基于相同點火，EGR抑制汽油爆震的效果更為明顯。

7、>　　綜上所述， SI小型強化發(fā)動機提高動力性主要手段為提高進氣壓力和提高壓縮比，而進氣壓力提高BMEP較為顯著。高壓縮比和進氣壓力下，可在較大的爆震強度下工作，從而獲得最佳的發(fā)動機動力性。由于2-甲基呋喃和正丁醇抗爆性較好，燃用2-甲基呋喃和正丁醇SI發(fā)動機可使用較高的進氣壓力和壓縮比來提高動力輸出。EGR技術抑制正丁醇的爆震效果較好，燃用正丁醇的SI小型強化發(fā)動機可結合EGR使用更高壓縮比和進氣壓力增大。EGR對發(fā)動機燃用2-甲基呋