乙醇均質壓燃及燃料改質的模擬研究.pdf

1、均質充量壓縮著火( Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI)燃燒方式，是在進氣過程形成均質混和氣，混和氣因受到壓縮達到自燃溫度而發(fā)火燃燒。這種燃燒方式既不同于汽油機的預混氣體火焰?zhèn)鞑ト紵膊煌诓裼蜋C的壓縮著火擴散燃燒，是一種新的燃燒方式。HCCI具有高效率、低NOx排放和無顆粒(PM)排放的潛力，應用于汽車動力能夠滿足日益嚴格的燃油經濟性要求和未來排放法規(guī)要求，因此已成為近年來動力機

2、械領域內的前沿課題。 本文應用CHEMKIN軟件對乙醇氧化燃燒的化學動力學過程進行了理論研究，模擬了乙醇燃料HCCI發(fā)動機的燃燒過程，并創(chuàng)新性的提出了在線燃料改質的概念，并成功實現(xiàn)與HCCI燃燒模型的耦合。研究中使用的乙醇氧化化學動力學機理是在美國Lawrence Livermore國家實驗室公布的數(shù)據基礎上改進而得到的。修改后的乙醇氧化化學動力學機理添加了擴充的Zeldovich機理用于NOx排放的預測，并融合了氫氣、甲烷氧化

3、反應的簡化機理使得模擬條件貼近實際情況。 研究表明，乙醇氧化著火燃燒劃分為三個階段：反應鏈引發(fā)階段、活性基積累階段以及著火燃燒階段；進氣溫度對HCCI燃燒的影響尤為顯著，隨著進氣溫度的增加，燃燒壓力、缸內溫度上升，燃燒始點提前，壓力升高率增大，CO排放降低，NOx排放增加；過量空氣系數(shù)增大時，燃燒壓力和缸內溫度下降，壓力升高率降低，CO和NOx排放皆呈下降趨勢；EGR率增大時，燃燒壓力和缸內溫度下降，壓力升高率降低，NOx排放下

4、降，CO排放降低緩慢上升；發(fā)動機轉速增大時，燃燒壓力降低，缸內溫度變化不大，但峰值對應的曲軸轉角相應推后，CO排放明顯增加，而NOx排放基本保持不變。 通過參數(shù)化模擬研究得到了以發(fā)動機轉速和過量空氣系數(shù)表示的乙醇HCCI工作區(qū)域，該區(qū)域由爆震界限、失火界限和部分燃燒界限圍成。過量空氣系數(shù)的最大工作范圍為1～9，發(fā)動機轉速的最大工作范圍為600～2200 r/min。 改質模型中改質氣的生成主要受改質燃料濃度和改質室截留相

5、位的影響，經計算優(yōu)化后選定上止點后30℃A作為最優(yōu)改質室截留排氣相位，最優(yōu)改質燃料濃度為0.16。經耦合后的改質模型能夠明顯改善乙醇HCCI燃燒，使得HCCI燃燒提前，燃燒速度加快。隨著改質氣比例和改質氣進入氣缸相位的不同，改質氣對原HCCI燃燒的影響也不同。改質氣比例增加，燃燒始點逐漸提前，最高壓力增加，而最高壓力對應的曲軸轉角也逐漸向上止點靠近，指示熱效率也隨之上升；隨著進氣相位逐漸接近上止點，HCCI燃燒逐漸推后，指示熱效率上升。