可控相位燃料在線改質(zhì)均質(zhì)壓燃模擬研究.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻,均質(zhì)壓燃(HomogeneousChargeCompressionIgnition,HCCI)作為內(nèi)燃機的一種新型燃燒方式已經(jīng)得到廣泛關(guān)注,并被認為是滿足未來人們對節(jié)能環(huán)保型動力設(shè)備要求的必備策略。HCCI發(fā)動機以預(yù)混形式進氣,進入氣缸的混合氣因受活塞壓縮升溫而發(fā)生自動著火反應(yīng),其低溫、均質(zhì)燃燒和低進氣節(jié)流的特點既能使發(fā)動機提高熱效率又能降低尾氣排放特別是NOx和PM(ParticulateMatt

2、er)排放。然而,雖然均質(zhì)壓燃發(fā)動機的優(yōu)勢明顯,但其面臨著燃燒相位難以直接控制和運行范圍過窄等問題。
　　為了實現(xiàn)均質(zhì)壓燃發(fā)動機燃燒相位的直接精確控制和運行范圍拓展,本文研究了一種具有可控改質(zhì)相位的燃料在線改質(zhì)方法。HCCI燃燒過程受化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)控制的觀點已被廣泛接受,并且一般認為H2、H、OH、H2O2和O等是影響HCCI燃燒過程的關(guān)鍵物質(zhì)組分。本文研究的方法,就是試圖將HCCI燃燒過程所受的化學(xué)動力學(xué)控制轉(zhuǎn)化為受燃料在線改質(zhì)

3、系統(tǒng)的操作控制。該燃料改質(zhì)系統(tǒng)包括帶有噴油器的獨立改質(zhì)室和連接改質(zhì)室與主燃燒室的可控閥門。閥門在發(fā)動機膨脹行程的某一時刻關(guān)閉,改質(zhì)室形成一個封閉的空間,殘留在其內(nèi)的燃后氣體與改質(zhì)室噴油器噴入的改質(zhì)乙醇燃料經(jīng)改質(zhì)化學(xué)反應(yīng)生成主要成分為H2、CO的高壓改質(zhì)氣體;次循環(huán)壓縮行程某一時刻閥門打開,改質(zhì)室內(nèi)改質(zhì)氣體因壓力較高而迅速進入主缸,從而參與并影響缸內(nèi)氣體的燃燒化學(xué)反應(yīng)。整個改質(zhì)過程,發(fā)動機原有的配氣相位不受影響。
　　基于可控相位燃

4、料在線改質(zhì)方法的思路,本文利用計算軟件中的IC(InternalCombustionEngine)、CHR(ClosedHomogeneousReactor)和GM(GasMixer)等計算模塊建立了改質(zhì)HCCI燃燒的計算模型。模型中發(fā)動機參數(shù)設(shè)置以四沖程柴油機CT2100Q為基礎(chǔ),主燃料和改質(zhì)燃料均為乙醇,成功實現(xiàn)了模型的計算。分析大量的計算結(jié)果發(fā)現(xiàn):改質(zhì)氣體中的H2和CO可以顯著影響HCCI燃燒過程,并且H2的影響效果更為明顯,可以

5、作為改質(zhì)反應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物;改質(zhì)反應(yīng)結(jié)果幾乎不受初始壓力的影響,但受初始溫度和改質(zhì)濃度影響較大,通過優(yōu)化截氣相位和改質(zhì)室濃度即可使改質(zhì)氣體中目標(biāo)產(chǎn)物H2的量達到最大值;改質(zhì)氣體進入主缸后可以影響HCCI發(fā)動機的燃燒過程,發(fā)動機著火始點隨改質(zhì)進氣相位的推遲而推遲;改質(zhì)氣體進入氣缸后缸內(nèi)混合氣并不會立即發(fā)生著火反應(yīng),而是存在一定的改質(zhì)著火延遲期,改質(zhì)著火延遲期一般會隨改質(zhì)進氣相位的推遲而縮短,隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高和進氣溫度的降低而延長;改質(zhì)室容積