可控相位燃料在線改質均質壓燃模擬研究.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴峻,均質壓燃(HomogeneousChargeCompressionIgnition,HCCI)作為內燃機的一種新型燃燒方式已經得到廣泛關注,并被認為是滿足未來人們對節(jié)能環(huán)保型動力設備要求的必備策略。HCCI發(fā)動機以預混形式進氣,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,其低溫、均質燃燒和低進氣節(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。
　　為了實現均質壓燃發(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相位的燃料在線改質方法。HCCI燃燒過程受化學反應動力學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燃燒過程的關鍵物質組分。本文研究的方法,就是試圖將HCCI燃燒過程所受的化學動力學控制轉化為受燃料在線改質

3、系統(tǒng)的操作控制。該燃料改質系統(tǒng)包括帶有噴油器的獨立改質室和連接改質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閉,改質室形成一個封閉的空間,殘留在其內的燃后氣體與改質室噴油器噴入的改質乙醇燃料經改質化學反應生成主要成分為H2、CO的高壓改質氣體;次循環(huán)壓縮行程某一時刻閥門打開,改質室內改質氣體因壓力較高而迅速進入主缸,從而參與并影響缸內氣體的燃燒化學反應。整個改質過程,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HCCI燃燒的計算模型。模型中發(fā)動機參數設置以四沖程柴油機CT2100Q為基礎,主燃料和改質燃料均為乙醇,成功實現了模型的計算。分析大量的計算結果發(fā)現:改質氣體中的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、作為改質反應的目標產物;改質反應結果幾乎不受初始壓力的影響,但受初始溫度和改質濃度影響較大,通過優(yōu)化截氣相位和改質室濃度即可使改質氣體中目標產物H2的量達到最大值;改質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進氣相位的推遲而推遲;改質氣體進入氣缸后缸內混合氣并不會立即發(fā)生著火反應,而是存在一定的改質著火延遲期,改質著火延遲期一般會隨改質進氣相位的推遲而縮短,隨發(fā)動機轉速的升高和進氣溫度的降低而延長;改質室容積