燃料在線改質HCCI發(fā)動機數值模擬及試驗研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，內燃機作為車用動力裝置面臨著節(jié)能與環(huán)保的雙重挑戰(zhàn)，于是新一代的燃燒方式均質壓燃（Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI）應運而生。
　　均質充量壓縮著火是一種新型的燃燒方式，特點是均質混合氣進入氣缸，通過活塞上行壓縮而自動著火，它結合了傳統(tǒng)柴油機和汽油機的眾多優(yōu)點，突破了傳統(tǒng)柴油機無法同時降低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)動機

2、成為內燃機領域的研究熱點。
　　本文的主要工作和結論如下：
　　1）數值模擬與參數優(yōu)化。以正丁醇為燃料進行，首先利用CHEMKIN建立了燃料在線改質模型，并計算出了改質室內混合氣的濃度，通過模擬得出在特定工況點下最優(yōu)化的改質系統(tǒng)參數。具體實現方式為：通過在氣缸蓋上建立一個體積適當的改質室以產生改質氣體，在下循環(huán)中使其與主缸內混合氣混合，從而對燃燒反應路徑產生影響。
　　模擬結果表明，在總體濃度λ1=3.0、發(fā)動機轉速n

3、=1200r/min和初始進氣溫度Tin=433K的條件下，得出改質系統(tǒng)最佳的參數為：改質室濃度為λ3=0.4，改質室體積為Vr=4mL（對應的發(fā)動機有效壓縮比為15.8），截留相位為Φc=20°CA，改質相位為Φo=-5.2°CA。數值模擬結果顯示，燃料在線改質方案能夠有效控制正丁醇HCCI燃燒相位并在拓展發(fā)動機運行范圍方面有明顯的效果。
　　2）試驗研究與分析。針對CT2100Q型雙缸柴油機進行改造，實現其中一缸以HCCI模式

4、運行。首先以正丁醇為試驗燃料進行HCCI試驗，研究進氣溫度、混合氣濃度和轉速對正丁醇HCCI的燃燒特性、排放特性及發(fā)動機的性能的影響。添加缸內直噴系統(tǒng)，研究缸內直噴正庚烷對燃燒帶來的影響；對比分析有無缸內噴射系統(tǒng)時的燃燒特性和排放特性及發(fā)動機性能的變化；研究缸內直噴壓力、缸內直噴量、缸內直噴相位及缸內直噴系統(tǒng)參與下進氣溫度對燃燒、排放特性和發(fā)動機性能的影響。試驗結果表明，隨著進氣溫度不斷升高，峰值缸內壓力、峰值缸內溫度和峰值瞬時放熱率等

5、均有所升高，且它們出現的曲軸轉角有所提前，同時燃燒時刻也隨著進氣溫度的升高而提前，HC和CO排放隨著進氣溫度升高而降低；混合氣變濃對燃燒參數的影響較為明顯，它們均隨混合氣變濃而明顯呈升高趨勢，混合氣濃度對HC和CO的排放影響比較復雜。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；轉速對HCCI燃燒的影響較小，隨著發(fā)動機轉速的升高，缸內壓力、壓力升高率、瞬時放熱率和缸內溫度等參數稍有增加，在發(fā)動機轉速為1200r/min時的峰

6、值壓力循環(huán)變動系數最小。
　　試驗結果顯示，缸內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，使得發(fā)動機運行更加穩(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，同時對HCCI發(fā)動機的運行范圍有一定的拓展作用。缸內直噴壓力對HCCI發(fā)動機的影響有限，而缸內直噴壓力與燃燒室形狀匹配較好時可使得燃燒質量較好，Pinject=6MPa為最佳值。隨著總體混合氣濃度的增加（即正庚