可控相位燃料在線改質(zhì)均質(zhì)壓燃模擬研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)峻,均質(zhì)壓燃(HomogeneousChargeCompressionIgnition,HCCI)作為內(nèi)燃機(jī)的一種新型燃燒方式已經(jīng)得到廣泛關(guān)注,并被認(rèn)為是滿足未來(lái)人們對(duì)節(jié)能環(huán)保型動(dòng)力設(shè)備要求的必備策略。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)以預(yù)混形式進(jìn)氣,進(jìn)入氣缸的混合氣因受活塞壓縮升溫而發(fā)生自動(dòng)著火反應(yīng),其低溫、均質(zhì)燃燒和低進(jìn)氣節(jié)流的特點(diǎn)既能使發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhì)壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)明顯,但其面臨著燃燒相位難以直接控制和運(yùn)行范圍過(guò)窄等問(wèn)題。
　　為了實(shí)現(xiàn)均質(zhì)壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒相位的直接精確控制和運(yùn)行范圍拓展,本文研究了一種具有可控改質(zhì)相位的燃料在線改質(zhì)方法。HCCI燃燒過(guò)程受化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制的觀點(diǎn)已被廣泛接受,并且一般認(rèn)為H2、H、OH、H2O2和O等是影響HCCI燃燒過(guò)程的關(guān)鍵物質(zhì)組分。本文研究的方法,就是試圖將HCCI燃燒過(guò)程所受的化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制轉(zhuǎn)化為受燃料在線改質(zhì)

3、系統(tǒng)的操作控制。該燃料改質(zhì)系統(tǒng)包括帶有噴油器的獨(dú)立改質(zhì)室和連接改質(zhì)室與主燃燒室的可控閥門(mén)。閥門(mén)在發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹行程的某一時(shí)刻關(guān)閉,改質(zhì)室形成一個(gè)封閉的空間,殘留在其內(nèi)的燃后氣體與改質(zhì)室噴油器噴入的改質(zhì)乙醇燃料經(jīng)改質(zhì)化學(xué)反應(yīng)生成主要成分為H2、CO的高壓改質(zhì)氣體;次循環(huán)壓縮行程某一時(shí)刻閥門(mén)打開(kāi),改質(zhì)室內(nèi)改質(zhì)氣體因壓力較高而迅速進(jìn)入主缸,從而參與并影響缸內(nèi)氣體的燃燒化學(xué)反應(yīng)。整個(gè)改質(zhì)過(guò)程,發(fā)動(dòng)機(jī)原有的配氣相位不受影響。
　　基于可控相位燃

4、料在線改質(zhì)方法的思路,本文利用計(jì)算軟件中的IC(InternalCombustionEngine)、CHR(ClosedHomogeneousReactor)和GM(GasMixer)等計(jì)算模塊建立了改質(zhì)HCCI燃燒的計(jì)算模型。模型中發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置以四沖程柴油機(jī)CT2100Q為基礎(chǔ),主燃料和改質(zhì)燃料均為乙醇,成功實(shí)現(xiàn)了模型的計(jì)算。分析大量的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn):改質(zhì)氣體中的H2和CO可以顯著影響HCCI燃燒過(guò)程,并且H2的影響效果更為明顯,可以

5、作為改質(zhì)反應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物;改質(zhì)反應(yīng)結(jié)果幾乎不受初始?jí)毫Φ挠绊?但受初始溫度和改質(zhì)濃度影響較大,通過(guò)優(yōu)化截氣相位和改質(zhì)室濃度即可使改質(zhì)氣體中目標(biāo)產(chǎn)物H2的量達(dá)到最大值;改質(zhì)氣體進(jìn)入主缸后可以影響HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程,發(fā)動(dòng)機(jī)著火始點(diǎn)隨改質(zhì)進(jìn)氣相位的推遲而推遲;改質(zhì)氣體進(jìn)入氣缸后缸內(nèi)混合氣并不會(huì)立即發(fā)生著火反應(yīng),而是存在一定的改質(zhì)著火延遲期,改質(zhì)著火延遲期一般會(huì)隨改質(zhì)進(jìn)氣相位的推遲而縮短,隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高和進(jìn)氣溫度的降低而延長(zhǎng);改質(zhì)室容積