乙醇均質(zhì)壓燃及燃料改質(zhì)的模擬研究.pdf

1、均質(zhì)充量壓縮著火( Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI)燃燒方式，是在進(jìn)氣過程形成均質(zhì)混和氣，混和氣因受到壓縮達(dá)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(yù)混氣體火焰?zhèn)鞑ト紵膊煌诓裼蜋C的壓縮著火擴(kuò)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(yīng)用于汽車動力能夠滿足日益嚴(yán)格的燃油經(jīng)濟(jì)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(lǐng)域內(nèi)的前沿課題。 本文應(yīng)用CHEMKIN軟件對乙醇氧化燃燒的化學(xué)動力學(xué)過程進(jìn)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(zhì)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(xué)動力學(xué)機理是在美國Lawrence Livermore國家實驗室公布的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的。修改后的乙醇氧化化學(xué)動力學(xué)機理添加了擴(kuò)充的Zeldovich機理用于NOx排放的預(yù)測，并融合了氫氣、甲烷氧化

3、反應(yīng)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(yīng)鏈引發(fā)階段、活性基積累階段以及著火燃燒階段；進(jìn)氣溫度對HCCI燃燒的影響尤為顯著，隨著進(jìn)氣溫度的增加，燃燒壓力、缸內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)速增大時，燃燒壓力降低，缸內(nèi)溫度變化不大，但峰值對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角相應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速的最大工作范圍為600～2200 r/min。 改質(zhì)模型中改質(zhì)氣的生成主要受改質(zhì)燃料濃度和改質(zhì)室截留相

5、位的影響，經(jīng)計算優(yōu)化后選定上止點后30℃A作為最優(yōu)改質(zhì)室截留排氣相位，最優(yōu)改質(zhì)燃料濃度為0.16。經(jīng)耦合后的改質(zhì)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(zhì)氣比例和改質(zhì)氣進(jìn)入氣缸相位的不同，改質(zhì)氣對原HCCI燃燒的影響也不同。改質(zhì)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(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也逐漸向上止點靠近，指示熱效率也隨之上升；隨著進(jìn)氣相位逐漸接近上止點，HCCI燃燒逐漸推后，指示熱效率上升。