微型發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)充量壓燃(HCCI)燃燒特性理論分析及其試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著微納米技術(shù)研究和微制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，微動(dòng)力裝置應(yīng)運(yùn)而生。微動(dòng)力裝置與傳統(tǒng)的電池相比，具有更小的體積，更高的能量密度，在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中具有極為廣闊的應(yīng)用前景。微型發(fā)動(dòng)機(jī)作為微動(dòng)力裝置的關(guān)鍵部件，研究其燃燒特性對(duì)于微動(dòng)力裝置的開發(fā)具有極其重要的意義。本文在分析國內(nèi)外微型發(fā)動(dòng)機(jī)和均質(zhì)充量壓燃（Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI）研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)微型發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)充量壓燃（HCCI）

2、的燃燒特性進(jìn)行了分析和試驗(yàn)研究，從而為微型發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)性研究。
　　均質(zhì)充量壓燃（HCCI）技術(shù)以其低氮氧化物、低微粒排放和高熱效率的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是滿足未來嚴(yán)格排放法規(guī)的新一代燃燒方式，已引起了國際內(nèi)燃機(jī)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。微型發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種高能量密度的可攜帶能源裝置，通常與使用者近距離的接觸。為了使用者的健康，對(duì)于微型發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性（例如排放）必須有嚴(yán)格的要求。均質(zhì)充量壓燃（HCCI）技術(shù)是微形發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到這一要

3、求的最好選擇之一。
　　本文分為六章，第一章首先總結(jié)歸納了微型發(fā)動(dòng)機(jī)、HCCI燃燒的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；接著介紹了課題的來源及其研究的意義；最后給出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章從微型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的特點(diǎn)、HCCI燃燒技術(shù)的基本概念、微型發(fā)動(dòng)機(jī)HCCI燃燒過程及燃燒特點(diǎn)、HCCI燃燒的過程控制、HCCI燃燒模型及應(yīng)用的分類對(duì)微型發(fā)動(dòng)機(jī)HCCI燃燒的基本理論進(jìn)行了研究；同時(shí)，還對(duì)HCCI燃燒方式和傳統(tǒng)燃燒方式進(jìn)行比較；指出了HCCI燃燒存在的

4、問題；最后，探討了HCCI燃燒方式的發(fā)展趨勢(shì)。
　　第三章介紹了HCCI燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)使用的儀器設(shè)備。第四章首先從試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)的指示平均有效壓力，指示效率、放熱速率、燃燒持續(xù)時(shí)間以及排放物與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系分析了試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特征；通過光學(xué)攝像分析了小排量高速發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的HCCI燃燒組織變化過程；分析了不同轉(zhuǎn)速下燃燒過程中分界層厚度的變化情況；最后，分析了不同轉(zhuǎn)速下HCCI燃燒過程中原子團(tuán)的形成和演變過程。第五章對(duì)

5、影響微型發(fā)動(dòng)機(jī)HCCI燃燒的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)（擠氣間隙，汽缸壁溫度和燃燒室形狀）進(jìn)行了分析研究。第六章得出本文的結(jié)論。
　　本文在一臺(tái)由二沖程水冷的O.S.25單缸小型發(fā)動(dòng)機(jī)改造而成的單缸 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)上使用二乙醚燃料進(jìn)行試驗(yàn)研究。本文的研究結(jié)果表明：
　?、僭贖CCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中，未燃燒或部分燃燒的碳?xì)浠衔锉容^高，即HC和CO的排放值比較大；但有害物NOx的排放非常低。
　?、谖⑿桶l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)（例如Vibratin

6、g Micro-engines for Power Generation and Microsystems Actuation，VIMPA）的0.25mm擠氣間隙是可以燃燒的，最佳的設(shè)計(jì)劑氣間隙是0.75mm。
　?、蹫榱巳〉煤玫膾邭夂拖鄬?duì)高的燃燒效率，在微型發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)（VIMPA）中需要考慮設(shè)計(jì)冷的曲柄軸箱和暖/熱的燃燒汽缸壁。
　　④碗形汽缸蓋的燃燒室比扁平形汽缸蓋的燃燒室對(duì)淬熄更敏感，對(duì)于厘米級(jí)別HCCI燃燒微型發(fā)動(dòng)