燃料在線改質(zhì)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)作為車用動(dòng)力裝置面臨著節(jié)能與環(huán)保的雙重挑戰(zhàn)，于是新一代的燃燒方式均質(zhì)壓燃（Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI）應(yīng)運(yùn)而生。
　　均質(zhì)充量壓縮著火是一種新型的燃燒方式，特點(diǎn)是均質(zhì)混合氣進(jìn)入氣缸，通過活塞上行壓縮而自動(dòng)著火，它結(jié)合了傳統(tǒng)柴油機(jī)和汽油機(jī)的眾多優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)柴油機(jī)無法同時(shí)降低NOx和顆粒物排放的難題，由于燃料來源十分廣泛，因而HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)

2、成為內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文的主要工作和結(jié)論如下：
　　1）數(shù)值模擬與參數(shù)優(yōu)化。以正丁醇為燃料進(jìn)行，首先利用CHEMKIN建立了燃料在線改質(zhì)模型，并計(jì)算出了改質(zhì)室內(nèi)混合氣的濃度，通過模擬得出在特定工況點(diǎn)下最優(yōu)化的改質(zhì)系統(tǒng)參數(shù)。具體實(shí)現(xiàn)方式為：通過在氣缸蓋上建立一個(gè)體積適當(dāng)?shù)母馁|(zhì)室以產(chǎn)生改質(zhì)氣體，在下循環(huán)中使其與主缸內(nèi)混合氣混合，從而對(duì)燃燒反應(yīng)路徑產(chǎn)生影響。
　　模擬結(jié)果表明，在總體濃度λ1=3.0、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n

3、=1200r/min和初始進(jìn)氣溫度Tin=433K的條件下，得出改質(zhì)系統(tǒng)最佳的參數(shù)為：改質(zhì)室濃度為λ3=0.4，改質(zhì)室體積為Vr=4mL（對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)有效壓縮比為15.8），截留相位為Φc=20°CA，改質(zhì)相位為Φo=-5.2°CA。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，燃料在線改質(zhì)方案能夠有效控制正丁醇HCCI燃燒相位并在拓展發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍方面有明顯的效果。
　　2）試驗(yàn)研究與分析。針對(duì)CT2100Q型雙缸柴油機(jī)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)其中一缸以HCCI模式

4、運(yùn)行。首先以正丁醇為試驗(yàn)燃料進(jìn)行HCCI試驗(yàn)，研究進(jìn)氣溫度、混合氣濃度和轉(zhuǎn)速對(duì)正丁醇HCCI的燃燒特性、排放特性及發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的影響。添加缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，研究缸內(nèi)直噴正庚烷對(duì)燃燒帶來的影響；對(duì)比分析有無缸內(nèi)噴射系統(tǒng)時(shí)的燃燒特性和排放特性及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的變化；研究缸內(nèi)直噴壓力、缸內(nèi)直噴量、缸內(nèi)直噴相位及缸內(nèi)直噴系統(tǒng)參與下進(jìn)氣溫度對(duì)燃燒、排放特性和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著進(jìn)氣溫度不斷升高，峰值缸內(nèi)壓力、峰值缸內(nèi)溫度和峰值瞬時(shí)放熱率等

5、均有所升高，且它們出現(xiàn)的曲軸轉(zhuǎn)角有所提前，同時(shí)燃燒時(shí)刻也隨著進(jìn)氣溫度的升高而提前，HC和CO排放隨著進(jìn)氣溫度升高而降低；混合氣變濃對(duì)燃燒參數(shù)的影響較為明顯，它們均隨混合氣變濃而明顯呈升高趨勢(shì)，混合氣濃度對(duì)HC和CO的排放影響比較復(fù)雜。此外，隨著混合氣變稀，平均指示壓力和指示熱效率都有所下降；轉(zhuǎn)速對(duì)HCCI燃燒的影響較小，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，缸內(nèi)壓力、壓力升高率、瞬時(shí)放熱率和缸內(nèi)溫度等參數(shù)稍有增加，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1200r/min時(shí)的峰

6、值壓力循環(huán)變動(dòng)系數(shù)最小。
　　試驗(yàn)結(jié)果顯示，缸內(nèi)直噴正庚烷可以明顯改善正丁醇HCCI燃燒，并降低了HCCI的循環(huán)變動(dòng)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定，并在一定程度上控制正丁醇HCCI的燃燒相位，使得平均指示壓力和指示熱效率有所提高，同時(shí)對(duì)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行范圍有一定的拓展作用。缸內(nèi)直噴壓力對(duì)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的影響有限，而缸內(nèi)直噴壓力與燃燒室形狀匹配較好時(shí)可使得燃燒質(zhì)量較好，Pinject=6MPa為最佳值。隨著總體混合氣濃度的增加（即正庚