二沖程發(fā)動機預混合壓縮著火燃燒的研究.pdf

1、均質充量壓縮著火(Homogeneouschargecompressionignition，HCCI)燃燒是一種新的內燃機燃燒方式，它可以同時大幅降低內燃機碳煙和氮氧化物兩種主要有害排放，有較高的熱效率。本文研究目的是研究二沖程發(fā)動機預混合壓縮著火燃燒。主要研究二沖程發(fā)動機預混合壓縮著火燃燒的燃料適應性問題和內部EGR對預混合壓縮著火燃燒的影響。 本文首先建立了二沖程發(fā)動機預混合壓縮著火燃燒的研究平臺。該試驗臺架為一臺壓縮比為1

2、5的二沖程單缸柴油機，可以實現不同的內部EGR率，通過缸內早噴來實現預混合氣的制備。 采用數值模擬技術研究了二沖程發(fā)動機的氣體流動特性，計算了不同掃氣壓力下的內部EGR率，理論分析了內部EGR的高溫作用和比熱容作用。研究發(fā)現，二沖程發(fā)動機的氣體流動復雜，在掃排氣過程中它的滾流和渦流較強，渦流比和滾流比變化很大，湍動能和湍流耗散率的變化也很大。在相同轉速和負荷下，掃氣壓力越高，內部EGR率越小，不同掃氣壓力下，二沖程發(fā)動機內部EG

3、R率可以從15％變化到70％；在同一轉速和掃氣壓力下，內部EGR率隨負荷增大而降低。內部EGR的高溫作用使著火提前，比熱容作用可以降低缸內壓縮終點的溫度，內部EGR的高溫作用遠大于內部EGR的比熱容作用。 研究了二沖程發(fā)動機早噴混合氣形成過程和燃燒過程。結果表明，通過早噴形成的混合氣在著火前是稀薄混合氣，缸內滾流和渦流影響混合氣濃度場和溫度場。滾流和渦流容易使燃油碰壁，缸內溫度場分布不均。對二沖程發(fā)動機通過早噴形成預混合氣來說，

4、渦流、滾流和噴嘴結構必須優(yōu)化匹配。缸內滾流和渦流影響著火點和中間產物的分布。幾種主要的中間產物，如OH、H2O2、HO2開始在靠近氣缸中心、溫度高的地方生成，溫度對它們的生成影響很大。NO在高溫和氧氣濃度較高的地方產生，而CH2O和CO在溫度低的地方濃度較高。 對于柴油燃料來說，二沖程發(fā)動機預混合壓縮著火燃燒試驗表明，燃燒發(fā)生在上止點前，隨內部EGR和負荷的增大，著火進一步提前。這些都導致壓縮負功增加。通過柴油摻混20％DMC、

5、壓縮比降低和減少內部EGR三種措施，可以使柴油預混合壓縮著火燃燒得到控制，負荷范圍得到拓展。在預混合壓縮著火燃燒控制中，最重要的是對第一階段反應的控制；推遲燃燒，柴油燃燒第一階段放熱量所占百分比下降；提高內部EGR率和摻混DMC可以減小二沖程發(fā)動機最大爆發(fā)壓力的循環(huán)波動，降低壓縮比使其波動變大。當燃料十六烷值降低，辛烷值提高，二沖程發(fā)動機預混合壓縮著火燃燒有所滯后。因此，從二沖程發(fā)動機預混合燃燒的燃料適應性來看，應使用較低十六烷值燃料。

6、 隨燃料十六烷值進一步降低，辛烷值提高，通過內部EGR在二沖程發(fā)動機上成功實現了低十六烷值參比燃料(PRF90)的預混合壓縮著火燃燒，燃燒發(fā)生在上止點左右，避免了因早燃產生的壓縮負功，負荷范圍得到拓展。 二沖程發(fā)動機柴油、摻混柴油和參比燃料預混合壓縮著火燃燒中，排氣中未測出NOx，只是在接近爆震時檢測到NOx，測出的碳煙排放極低，CO排放在低負荷下較高，隨負荷增大而降低。 根據本文研究結果，得出了二沖程發(fā)動機預混