乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界

在一个单缸排量为1.14 L、压缩比为17: 1的自然吸气发动机上,使用乙醇燃料采用进气道低压喷射,进行了HCCI燃烧区域的实验研究.结果表明,在进气温度为150 ℃时,乙醇燃料可以在较宽的范围内(φa=1～9)实现HCCI燃烧,并且以过量空气系数为标志存在着明显的边界.当过量空气系数φa＞9时,燃烧不完全、甚至熄火, φa=9为该实验条件下的稀燃界限.当过量空气系数φa＜3时,不加EGR则产生爆震燃烧;加入EGR则爆震现象消失,可以实现HCCI燃烧, φa=3为该实验条件下的爆震限.当过量空气系数φa＜1时,加入较多的EGR可以实现HCCI燃烧,但由于燃烧不完全,CO排放大幅度增加,指示效率下降, φa=1为该实验条件下的浓燃界限.

均质压燃式(HCCI)燃烧的研究

均质压燃式(HCCI)燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点。HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时有效降低柴油机的NOx和碳烟排放,并提高柴油机的循环热效率。HCCI发动机通常工作在高空燃比和较低的压缩比条件下,工作范围较小,高负荷时功率输出不足。“双模式”HCCI发动机是解决上述问题的有效途径,并成为近期HCCI发动机研究中的热点。

汽油和柴油混合燃料均质压燃(HCCI)的试验研究

汽油和柴油这两种不同特性的燃料被用作HCCI发动机的燃料。汽油具有高挥发性、易雾化和易于形成混合气的特性,被用来形成均质混合气;柴油具有良好的着火性和可燃性,被用来控制自燃和限制爆震燃烧。期望这两种特性不同而又相互补充的燃料混合后能够达到一个折衷的HCCI的燃烧性能。试验在一个专用于HCCI研究的单缸发动机上实施,采用两种中等的压缩比(10．4和15)和两种HCCI模式(进气加热和负气门叠开),试验结果证实了这种期望。结果是:随着混合燃料中柴油比例的增加,对于进气加热模式,HC- CI能稳定工作所需要的进气温度有所降低,对于负气门叠开模式,缸内平均指示压力和过量空气系数的范围有所扩展,并且两种方式下HC和NOx的排放均有所减少。

均质压燃(HCCI)燃烧过程控制方式的研究

均质压燃 (HCCI)燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究焦点。因HCCI发动机的燃烧过程主要由可燃混合气的化学动力学所控制 ,故很难在全负荷范围内控制它的着火时刻和燃烧放热率。因此 ,HCCI燃烧过程的控制成为HCCI研究热点。

燃料辛烷值对均质压燃(HCCI)工况范围和排放特性的实验研究

在一台改装的单缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值基础燃料(PRF)均质压燃(homoge- neous charge compression ignition,HCCI)运行工况范围、性能和排放特性的实验研究．结果表明, 在不同发动机工况燃烧不同辛烷值(RON)的燃料,可以控制HCCI燃烧并拓宽HCCI的运转工况范围．在不同发动机负荷工况都存在一个能够实现最高指示热效率的最佳RON．燃料RON增大, 氮氧化物(NOx),碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放都升高,其中HC排放升高的趋势最明显．研究还表明,CO排放与缸内最高平均温度有较好的一致性,而NOx排放急剧升高是爆震燃烧的重要特征．

均质压燃(HCCI)单区和多区燃烧模型的比较

利用耦合化学动力学软件包CHEMKIN建立了汽油HCCI发动机的单区和多区燃烧模型。与试验数据的对比表明:虽然单区模型在参数化研究中能较准确地预测混合气的自燃定时,但其准确性在很大程度上取决于缸内的均匀性;包含缝隙区、淬熄区、质量交换区和绝热核心区的九区燃烧模型通过设置特定的功能分区能更好地模拟HCCI的燃烧过程,它在对自燃定时的预测和对热量释放过程和排放物的形成机理的模拟等方面都有很好的性能。

天然气闭环燃料重整的均质压燃(HCCI)试验研究

氢具有良好的可燃性,可用少量氢作为添加剂来改善天然气的自燃特性。通过试验,对比了天然气和汽油HCCI的性能,利用模拟的重整气验证了天然气加氢的效果,研究了天然气燃料重整实现在线产生氢的可行性,并进行了天然气在线燃料重整产生富氢重整气的闭环试验。试验结果表明,利用再循环的废气进行燃料重整产生富氢重整气是扩展HCCI工作范围和降低NOx排放的切实可行的有效方法。

柴油均质压燃燃烧(HCCI)的计算模拟研究

通过可模拟均质压燃燃烧(HCCI)的计算程序分析了进气温度、压缩比、过量空气系数、EGR率等参数对柴油机HCCI的影响,同时确定HCCI可行的工况范围。计算所得出的HCCI可行范围和优化工况对相应燃烧试验具有指导作用。

均质压燃(HCCI)燃烧技术的研究现状与展望

均质压燃(HCCI)是一种全新的燃烧模式,它是预混均质可燃混合气在压缩行程中温度升高达到自燃点后自燃的燃烧模式。作者主要阐述了均质压燃(HCCI)燃烧技术的概念与特点、当前研究所面临的难题和研究所取得的主要进展。

新的发动机燃烧方式——均质充量压燃燃烧(HCCI)

在往复式发动机中,除了火花点燃式燃烧和柴油压燃燃烧的运转方式外还有第3种运转方式,即均质充量压燃燃烧(HCCI)。HCCI模式发动机的运转情况被认为是高效和稳定的。在部分负荷工况下可以大幅度降低NOx的排放。把HCCI燃烧应用到发动机方面尽管仍有一些困难,但HCCI燃烧方式表明在发动机应用的巨大潜力。本文将阐述HCCI与传统发动机燃烧方式的不同及其未来的展望。

二甲醚/甲醇均质压燃性能和排放特性的试验研究

在单缸发动机上进行了二甲醚/甲醇均质压燃(HCCI)的试验研究。结果表明,采用二甲醚/甲醇双燃料方式,HCCI的工况范围大幅拓宽,低转速平均指示压力接近0.8MPa。低负荷工况指示热效率随甲醇浓度的降低而升高;对于较高负荷,存在一个指示热效率较高的甲醇浓度区间。正常燃烧范围内,NOx排放一般低于20×10 6,即使在接近爆燃的工况,试验中测得的NOx排放也低于100×10 6;HC和CO排放明显高于柴油机。随甲醇浓度降低,HC和CO排放降低,NOx排放略有升高。

二甲醚均质压燃燃烧过程的试验研究

在一台单缸直喷柴油机上进行了二甲醚(DME)均质压燃(HCCI)燃烧过程的试验.研究结果表明,进气中加入30%的惰性气体CO2,发动机实现HCCI运转的负荷范围从0.05MPa扩展到0.35MPa.二甲醚在HCCI模式下表现出明显的双阶段着火特性,增加惰性气体的浓度,第一阶段着火始点滞后,燃烧放热峰值降低,燃烧持续期延长.排放测试表明,HCCI模式下发动机的NOx排放接近于零,可实现无碳烟排放,但CO和HC排放较高.

二甲基醚均质压燃化学动力学简化模型的研究

由于详细的化学动力学模型与多维流动动力学模型耦合的高度复杂性,很难将其应用于模拟实际发动机的工作过程。在详细反应动力学研究基础上,通过对二甲基醚(DME)均质压燃燃烧反应途径和敏感性分析,建立了均质压燃二甲基醚的简化动力学模型。此模型在Curranetal模型基础上构建,包括26种产物和28个基元反应。结果表明,提出的二甲基醚简化动力学模型与详细动力学模型计算结果相当吻合,简化模型在对着火时刻、缸内温度和压力计算结果与详细模型基本一致,简化机理对变初始温度和混合气浓度也有较好的预测能力,可应用于模拟二甲基醚HCCI的燃烧过程。

二甲醚均质压燃燃烧的详细化学动力学模拟研究

采用由美国LawrenceLivermore国家实验室提出的二甲醚 (DME)详细化学动力学反应机理及其开发的HCT化学动力学程序 ,对均质充量压缩着火 (HCCI)发动机燃用DME的着火和燃烧过程进行了分析。为考虑壁面传热的影响 ,在HCT程序中增加了壁面传热子模型。采用该方法研究了燃空当量比、进气充量加热、发动机转速和EGR等因素对HCCI着火和燃烧的影响。结果表明 ,DME的HCCI燃烧过程有明显的低温反应放热和高温反应放热两阶段 ;增大燃空当量比、提高进气充量温度使着火提前 ;提高发动机转速和采用冷却EGR使着火滞后。

二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃低温氧化反应机理数值模拟

应用零维详细化学反应动力学模型,研究了二甲基醚(DME)/甲醇双燃料均质压燃低温氧化反应机理,考察了初始温度、甲醇浓度和二甲基醚浓度对低温氧化反应的影响.结果表明,甲醇改变了二甲基醚低温反应途径,二甲基醚的低温和二次加氧过程受到抑制,CH3OCH2直接裂解(βscission)起主导作用,二甲基醚与甲醇高温反应几乎同时进行.温度升高,高温脱氢反应和βscission增强;低温脱氢反应速率增大,反应时刻提前,高温脱氢反应速率先增大后减小,加氧反应速率随着DME浓度增大而增大,βscission反应速率先增大后减小;甲醇浓度增大,DME低温脱氢反应速率降低,高温脱氢反应速率先增大后降低,βscission反应速率随甲醇浓度增大而减小,加氧反应速率则随甲醇浓度增加而升高.

辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性和性能的影响

通过不同比例的正庚烷和异辛烷混合得到不同辛烷值的混合燃料,在一台单缸直喷式柴油机上研究燃料辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性、性能和排放特性的影响.研究结果表明,燃料辛烷值增加,着火始点推迟,燃烧反应速率降低,缸内爆发压力降低.燃料辛烷值增高,均质压燃向大负荷工况拓宽,燃料辛烷值较高时,存在极限转速,辛烷值增加,极限转速降低.对于每一工况,存在一个最佳经济性的燃料辛烷值,负荷增大,最佳辛烷值增高;随着燃料辛烷值增高,发动机NO、HC和CO排放增加,尤其是HC排放增加更为明显.对于均质压燃发动机,低负荷工况适合燃用低辛烷值燃料,高负荷工况适合燃用高辛烷值燃料.

米勒循环拓展均质压燃燃烧负荷范围的计算

针对柴油均质压燃燃烧中的压缩上止点喷射模式容易产生燃油附壁的特点,建立了基于喷雾、燃油附壁、油膜蒸发和燃烧等一系列过程的数学模型,利用该模型对135单缸柴油机进行了校核计算.在校核模型基础上完成了米勒循环拓展早喷模式均质压燃燃烧发动机负荷范围的计算,结果表明:在较低进气压力下(绝对压力小于0.14,MPa),最高燃烧温度是拓展负荷范围的限制条件;在较高的进气压力下(绝对压力大于0.14,MPa),最大压升率成为主要限制条件.通过过量空气系数与增压压力的匹配关系,实现维持排放水平的前提下拓展均质压燃燃烧发动机负荷,最大平均指示压力从0.889,MPa提高到1.029,MPa.

废气再循环对二甲醚/甲醇均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在单缸柴油机上进行了冷却废气再循环(EGR)对二甲醚(DME)/甲醇均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。结果表明,EGR对拓宽二甲醚/甲醇HCCI发动机的最大负荷作用不大;随着EGR率增大,主燃烧开始时刻和放热峰值明显后移,主燃烧持续期延长,放热峰值降低。EGR率为25%时的最大爆发压力比没有EGR时降低了近1.3 MPa,最大爆发压力出现的位置推迟了7°CA;EGR率增大,二甲醚/甲醇HCCI发动机的指示热效率升高。对应给定的EGR率,存在一个热效率较高的DME比例区间;HC和CO排放随EGR率的增大而增加,随DME比例的增加而降低,NOx排放接近于零。控制EGR率和DME比例是控制二甲醚/甲醇HCCI发动机燃烧过程、性能和排放的关键。

二甲醚／甲醇均质压燃的燃烧特性

为研究二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性,在单缸发动机上进行了二甲醚/甲醇均质压燃的试验研究．结果表明,随二甲醚浓度增加,主燃烧时刻提前,燃烧持续期缩短,放热率峰值升高;随甲醇浓度增加,低温反应变得不明显,主燃烧时刻推迟,燃烧持续期延长,因此通过调节2种燃料浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程．在均质压燃正常燃烧范围内,燃烧效率和指示热效率随二甲醚浓度的增加而提高,随甲醇浓度的增加而降低,通过采用较浓的二甲醚可以获得比较高的指示热效率值,试验中在较高负荷采用高浓度二甲醚时,指示热效率达到48％．

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃的燃烧特性

应用零维热力学模型和化学反应动力学模型计算并分析了二甲基醚(DME)/天然气(CNG)双燃料均质压燃(HCCI)运行工况范围,计算与试验结果相吻合.采用DME/CNG双燃料方式可以有效地扩展HCCI的运行工况范围,发动机转速为1400r/min,最大平均有效压力可达0.52MPa.在一台单缸直喷式柴油机上进行了DME/CNG双燃料HCCI燃烧过程的试验研究,结果表明,DME/CNG双燃料燃烧过程表现出明显的两阶段放热过程,随着CNG浓度增大,缸内最大爆发压力增大,燃烧始点略有推迟,燃烧第二放热峰值增大.而DME浓度对燃烧过程的影响主要通过影响第一阶段放热过程,进而影响第二阶段放热,随着DME浓度加大,第一放热峰值增大,燃烧始点提前,导致第二放热峰值增大,缸内最大爆发压力增大,主燃期缩短,当DME浓度太高时,发动机将出现爆震.