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文檔簡介
1、為了融合均質(zhì)充量壓縮燃燒(Homogenous Charge Compression Ignition, HCCI)和缸內(nèi)直噴壓縮燃燒(Direct Injection Compression Ignition, DICI)方式的優(yōu)點,既要有HCCI方式的高經(jīng)濟性低排放,又能夠使發(fā)動機在全負荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運行,本文對分層充量壓縮燃燒(Stratified Charge Compression Ignition, SCCI)方式進行了試驗研
2、究。
在一臺單缸發(fā)動機上,通過兩階段供油實現(xiàn)SCCI燃燒方式。進氣道預噴部分燃料經(jīng)進氣壓縮沖程與空氣均勻混合,然后在壓縮沖程上止點前直噴入缸內(nèi)一定量燃料,促使缸內(nèi)可燃混合氣濃度、組分和溫度的分層。高十六烷值燃料SCCI方式一般為三階段放熱過程,預噴燃料在壓縮沖程上止點前發(fā)生低溫(Low Temperature Reaction, LTR)和高溫反應(High Temperature Reaction, HTR)兩階段放熱過程,
3、釋放一定量的活性基團和熱量,為直噴燃料的著火提供良好的熱氛圍,以觸發(fā)和控制后續(xù)的第三階段擴散燃燒過程。
考慮到燃料設計方案對形成可燃混合氣以及燃燒排放特性的影響,重點開展了兩組試驗:正庚烷(n-heptane)/柴油雙燃料分層復合燃燒研究,及柴油/汽油混合燃料SCCI方式的研究。
雙燃料分層復合燃燒研究的方案為進氣道預噴正庚烷/缸內(nèi)直噴柴油的兩階段供油策略。預噴正庚烷形成均質(zhì)混合氣,在壓縮沖程上止點前自發(fā)著火。然后在
4、上止點前缸內(nèi)直噴一定量的柴油進行熱氛圍影響下的擴散燃燒,實現(xiàn)缸內(nèi)混合氣濃度、組分和溫度的分層。試驗中改變預混合率rP值和總?cè)伎债斄勘圈抵?,并采用?~40%范圍的EGR措施,探索SCCI方式控制燃燒速率、拓展運行負荷和減少排放的潛力。
柴油/汽油混合燃料 SCCI方式研究的方案為混合燃料作為單一實際燃料用于進氣道預噴/缸內(nèi)直噴的兩階段供油。汽油具有低沸點和高辛烷值特性,揮發(fā)性好易霧化,適合用來形成均質(zhì)混合氣,但自發(fā)著火性差。柴
5、油十六烷值高,具有良好的著火性和可燃性,但柴油揮發(fā)性差。期望這兩種特性不同而又相互補充的燃料混合后能夠達到一個折中的燃燒性能。研究了D70、D60和D50三種柴油/汽油混合燃料的分層復合燃燒特性,其柴油體積比例分別為70%、60%和50%。探討了燃料物化特性、rP值和Φ值對復合燃燒特性與排放的影響。研究結(jié)果表明:
1. SCCI燃燒可以擴展HCCI燃燒的最大負荷,且兩階段供油策略中直噴燃料的燃燒能保證小負荷工況無失火限制。
6、r> 2.采用復合燃燒方式后,燃燒開始時刻CA10(累積放熱率達到10%)可大幅提前至上止點前。隨預噴燃料增加,高溫反應開始時刻提前,直噴燃料的滯燃期縮短,擴散燃燒時刻提前。上述規(guī)律說明SCCI方式能夠有效控制燃燒相位。
3.采用SCCI模式后,缸內(nèi)溫度和壓力升高率(dp/dθ)值均大幅降低,溫度升高時刻和dp/dθ曲線升高時刻提前,顯示出SCCI方式控制燃燒速率的效果。
4. SCCI方式缸內(nèi)直噴燃料在上止點附近
7、著火,使先前預混合燃燒階段產(chǎn)生的不完全燃燒產(chǎn)物繼續(xù)氧化,以降低CO和HC排放。由于復合燃燒方式采用部分燃料氣道噴射,可實現(xiàn)分階段及更為稀薄均質(zhì)的燃燒,能夠降低 NOX排放,同時有較低的碳煙排放。
5. EGR方式能夠減緩燃燒速率,抑制預噴燃料的過早自燃。燃燒開始時刻CA10隨EGR率增加而延后,燃燒持續(xù)期延長,可以看出EGR方式能有效改變?nèi)紵辔弧?br> 綜合考慮可知,相比于HCCI和DICI燃燒模式,SCCI方式是較好的
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