Optical Diagnostics on HCCI Inhomogeneity and Biofuels Low Temperature Combustion.pdf

1、“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”可以在保持內(nèi)燃機(jī)高熱效率的條件下，同時(shí)降低NOx和微粒排放，并且對(duì)多種燃料具有廣泛的適應(yīng)性，被認(rèn)為是滿足未來(lái)嚴(yán)格排放法規(guī)的新一代內(nèi)燃機(jī)燃燒新技術(shù)，是目前國(guó)際內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)研究的熱點(diǎn)課題。本文圍繞“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架和光學(xué)診斷試驗(yàn)研究。
　　 首先，從實(shí)驗(yàn)和機(jī)理的角度，研究通過(guò)燃料特性、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件、混合氣濃度及溫度的不均勻性對(duì)HCCI燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)有效控制。研究表明敏感性燃料結(jié)合

2、適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件可以很好控制HCCI自燃著火過(guò)程，敏感性較大的燃料對(duì)運(yùn)行工況范圍拓展具有更大的潛在優(yōu)勢(shì)，但這些優(yōu)勢(shì)建立在良好的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件控制基礎(chǔ)上，增壓是拓展負(fù)荷上限和下限有效的方法之一。適度的缸內(nèi)混合氣或溫度不均勻可以有效控制HCCI燃燒過(guò)程。不同氣道噴油策略形成的混合氣不均勻性引起局部溫度分層，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)時(shí)噴油更有利于燃燒控制。CFD模擬表明冷卻水溫度從85℃降低到65℃，缸內(nèi)溫度不均勻顯著增大，引起某些化學(xué)反應(yīng)停止，因此低

3、負(fù)荷條件下應(yīng)該減少溫度分層。燃燒室不同邊緣形狀產(chǎn)生不同湍流強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒過(guò)程控制。縮口型燃燒室由于湍流強(qiáng)度高，燃燒室壁面熱損失大，自燃著火總是位于燃燒室中心；形成的較大的缸內(nèi)溫度不均勻性導(dǎo)致壓力升高率和放熱率降低。
　　 然而，通過(guò)上述研究發(fā)現(xiàn)盡管HCCI燃燒過(guò)程可以得到控制，但是其運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圍仍然集中在中小負(fù)荷。近十年來(lái)，以高EGR稀釋為代表的柴油機(jī)低溫燃燒過(guò)程由于其著火時(shí)刻可以通過(guò)噴油時(shí)刻控制，而且可在全負(fù)荷工況實(shí)

4、現(xiàn)高效清潔燃燒而得到廣泛關(guān)注。另一方面，生物燃料由于其可再生性和碳中性的特點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo)。所以，本文進(jìn)一步研究了生物燃料的柴油機(jī)低溫燃燒過(guò)程控制。針對(duì)純大豆生物柴油和純丁醇的研究表明：排除不同能量輸入的影響，丁醇的燃燒壓力峰值更高，表明丁醇潛在的熱效率更高。氧濃度在10.5％-16％的范圍內(nèi)對(duì)丁醇的著火時(shí)刻沒(méi)有影響。燃燒火焰分布在10.5％氧濃度下顯著增大，丁醇較生物柴油的火焰發(fā)光要弱。與丁醇想比，生物柴油的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間累積碳煙

5、質(zhì)量(NTISM)更大，而且其碳煙生成量在10.5％氧濃度下對(duì)環(huán)境溫度很敏感。此外，20％丁醇或20％乙醇與80％生物柴油混合物的研究表明，在800K和900K下，2種燃料發(fā)生微爆。乙醇混合燃料有更高的峰值壓力，更低的火焰發(fā)光強(qiáng)度和更低的NTISM值，表明乙醇混合燃料在燃燒和排放方面更具優(yōu)勢(shì)。
　　 最后，全文研究表明燃料特性是實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)高效清潔低碳燃燒的重要控制參數(shù)之一。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)需要敏感性更大的燃料，而柴油機(jī)低溫燃燒需要