均质充量压缩燃烧发动机的特点与研究现状

HCCI燃烧(HomogeneousChargeCompressionIgnition)是一种新的发动机燃烧技术。HCCI燃烧技术不同于以往的传统燃烧方式,其燃烧效率高,NOx和碳烟排放低的特点使其成为国内外内燃机界的研究热点,被认为是解决当今内燃机排放问题的极具潜力的燃烧技术之一。介绍了HCCI燃烧的特点及其优势,阐述了HCCI实现高效低排放的机理,并对目前国内外HCCI燃烧研究的两个关键技术问题的解决提出了一些建议。

发动机运转参数对均质充量压缩燃烧着火时刻的影响

为研究发动机运转参数对均质充量压缩燃烧(HCCI)着火时刻的影响机理,笔者采用了一个两区准维模型(分为绝热中间层区和热边界层区)对四冲程HCCI发动机压缩阶段的温度时间函数进行模拟,在此基础上进行了仿真计算,并研究了初始混合气温度、废气再循环(EGR)率、混合气浓度等运转参数对HCCI燃烧着火时刻的影响.结果显示,随着混合气初始温度的提高和废气再循环(EGR)率的增加,HCCI燃烧的着火时刻提前;而当混合气由稀变浓时,着火时刻推迟.

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。

二甲醚均质充量压燃发动机燃烧特性试验研究

通过改造一台压缩比为16 . 5的2 - 135柴油机,在其上实现DME的HCCI燃烧方式。试验结果表明,DMEHCCI发动机不但可以实现无烟燃烧,而且可以有效控制发动机NOx排放,使其接近0排放。在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷变化不大。

均质压燃(HCCI)发动机数学模拟:进展与挑战

均质压燃(HCCI)发动机由于其突出的优越性已成为世界范围的研究热点,数学模拟在其中发挥着日益重要的作用.因此,对近年来HCCI数学模拟研究的进展做了较全面的评述.着重介绍了化学反应动力学模型的研究方法和最新成果.对HCCI发动机计算机模拟的发展现状按单区模型、多区模型和多维模型分别进行了讨论.前二者在HCCI总体燃烧特性预测与分析方面已取得了显著的成绩;而后者由于计算机资源的限制,目前尚处于发展初期.最后,针对该领域存在的问题和今后重点研究方向提出了建议.

均质充量压缩燃烧(HCCI)的研究进展与展望

介绍HCCI的基本概念及燃烧的特点,并对目前国内外的研究进展进行分析,指出HCCI方式所面临的主要困难和有待解决的问题,展望HCCI的应用前景。

HCCI甲醇发动机的燃烧与排放特性

在Ricardo Hydra单缸四冲程发动机上利用内部废气再循环策略实现了甲醇燃料的HCCI燃烧.通过调整HCCI发动机的过量空气系数和转速,研究了HCCI甲醇发动机的燃烧和排放特性.结果表明,甲醇燃料的HCCI燃烧不同于普通汽油,其着火更早、燃烧更快,但在低转速时,平均指示压力相对较低.甲醇燃料可以在更稀的混合气条件下实现HCCI燃烧.在相同的转速和过量空气系数下,甲醇燃料的NOx和HC排放低于汽油.

均质充量压缩燃烧方式的研究进展及存在问题

介绍了均质充量压缩燃烧 (HCCI)方式的基本概念 ,分析了HCCI能实现较高热效率、低NOx 排放等优点的机理 ,论述了制约和影响HCCI方式的各种因素及其当前的研究进展 ,探讨了HCCI方式面临的主要困难及其解决途径 。

废气再循环和发动机运转参数对不同辛烷值燃料HCCI燃烧的影响

考察了废气再循环(EGR)、进气温度、冷却水出水温度和转速等发动机运转参数对HCCI发动机燃烧特征和排放特性的影响。实验结果表明:随EGR率提高,各种燃料的两阶段着火时刻推迟,燃烧持续期延长;高十六烷值燃料可以容许较高的EGR率,RON75最高仅可以采用45%的EGR;EGR对高十六烷值燃料的CO和UHC影响不大,对高辛烷值燃料的CO影响明显,并随EGR率增加CO排放升高。在其它运转参数中,进气温度对HCCI燃烧影响最为显著,随进气温度提高、冷却水温度升高,HCCI燃烧的着火时刻提前、燃烧持续期缩短,高辛烷值燃料的UHC和CO显著降低。转速升高,着火延迟,燃烧持续期延长。此外,研究发现,高辛烷值燃料对HCCI发动机的运转参数更为敏感。

基于神经网络的汽油HCCI发动机空燃比控制策略

均质压缩燃烧(HCCI)在控制上存在难点,其中关键是基于循环的空燃比实时控制。HCCI汽油机没有能直接表征发动机每循环进气量的参数,因此,采用动态递归神经网络(Elman网络)预测HCCI发动机每循环的进气量。通过氧传感器闭环和瞬态工况中的油膜补偿,实现对HCCI发动机的稳态及瞬态工况下空燃比的精确控制。试验表明:汽油HCCI发动机神经网络预测模型及空燃比控制策略能满足HCCI发动机实时控制的需求。

正丁醇-汽油HCCI发动机燃烧特性

在一台单缸4冲程发动机上利用负气门重叠角方法,研究了燃用不同掺混比的正丁醇-汽油混合燃料时,均质充量压缩着火(HCCI)发动机的燃烧特性.结果表明,排气门关闭时刻对缸内残余废气率和平均指示压力(IMEP)影响较大.进气门开启时刻通过有效压缩比影响缸内温度和着火时刻,进气门开启时刻对着火时刻的影响与转速有关.在相同条件下,随着正丁醇掺混比的增加,正丁醇-汽油HCCI发动机的着火时刻提前,燃烧持续期缩短,但IMEP下降.而且HCCI发动机使用正丁醇-汽油混合燃料时比使用汽油时更容易发生爆震.

正丁醇/乙醇-汽油HCCI发动机的低温燃烧与排放特性

在一台单缸4冲程发动机上利用负气门重叠角方法,在转速为1 500,r/min、气门相位与升程不变的情况下,研究了不同掺醇比例下正丁醇-汽油与乙醇-汽油均质充量压缩着火(HCCI)发动机的燃烧与非常规排放特性.结果表明,随着掺醇比例的增加,HCCI发动机的着火时刻提前,燃烧持续期缩短,而且使用正丁醇-汽油时HCCI发动机的着火时刻更早,燃烧持续期更短,但平均指示有效压力(IMEP)呈下降趋势,而且使用正丁醇-汽油时HCCI发动机的IMEP与指示热效率更低.汽油中掺醇均会导致HCCI发动机的甲烷、甲醛、乙醛和乙烯排放增加,但芳香烃排放显著降低,而且在相同掺醇比例下,使用正丁醇-汽油时的甲烷和乙醛排放要低于使用乙醇-汽油时的值,而甲醛、乙烯和芳香烃排放则高于使用乙醇-汽油时的值.此外,在汽油中掺混乙醇,会减少HCCI发动机的丙烯排放,但是在汽油中掺混正丁醇,则会增加HCCI发动机的丙烯排放.

均质充量压缩着火燃烧技术及其研究进展

均质充量压缩着火发动机由于其混合气是预混合好的,因此可以减少甚至达到无颗粒物排放;又由于是压缩着火而且没有节气门的节流损失,可导致高的热效率。分析了均质充量压缩着火的益处及技术难点,论述了其研究现状及在可变压缩比、可变配气相位及着火添加剂等几个方面的燃烧控制技术,并对其适用燃油也进行了研究。

均质充量压缩燃烧数值模拟的研究动态

与传统的汽油机和柴油机相比,均质充量压缩燃烧(HCCI)方式由于其高热效率和低排放等突出的优越性已成为国际上的研究热点,数学模拟在其中发挥着日益重要的作用.因此,对近年来HCCI燃烧数值模拟研究的进展按单区模型、多区模型和多维CFD模型分别做了全面评述和讨论.前二者在HCCI总体燃烧特性预测与分析方面已取得了显著的成绩;而CFD与详细化学动力学耦合模型由于计算机资源的限制,目前尚处于发展初期.最后,对该领域存在的问题进行了讨论,对今后重点研究方向提出了建议.

DME均质充量压燃着火过程的数值模拟研究

以新型发动机代用燃料二甲醚(DME)为例,采用最新研究的DME化学动力学反应机理(DME氧化机理包括336个基元反应,涉及78种组分),利用美国SANDIA国家实验室开发的CHEMKIN Ⅲ软件,进行了DME均质充量压燃着火过程的数值模拟,并从理论上讨论分析了压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比、发动机转速对燃料着火时刻的影响。研究结果表明:DME的HCCI燃烧过程有明显的两阶段,压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比和发动机转速等参数的改变都会导致DME压燃着火过程的显著变化。

天然气发动机的研究现状

天然气能降低发动机的有害物排放,是一种比较理想的发动机代用燃料。稀燃天然气发动机具有较高的热效率和较低的NOx排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧也是提高稀燃天然气发动机热效率的方法之一,并有很低的NOx排放。本文综述了稀燃天然气发动机和HCCI天然气发动机的研究进展,尤其是燃烧室形状、点火系统、充量分层、加氢等对天然气发动机性能的影响及天然气HCCI发动机的燃烧与排放特点。

浅谈发动机低污染排放控制技术

内燃机早已成为船舶、车辆和热电厂的主要动力。一般来说,与传统的内燃机相比,均质压燃发动机具有优越的燃油经济性和超低的氮氧化物和颗粒物排放。然而,HCCI发动机本质上是与火花塞和燃油喷射分离的。这意味着HCCI发动机没有直接控制自动点火提前角和随后的燃烧阶段的机制。如果没有根据工况按时控制自动点火提前角的有效策略,HCCI发动机由于冷起动问题、高压比和燃烧噪声,甚至在高负荷时会发生后果严重的故障。

乙醇—正庚烷燃料均质压缩过程着火与燃烧特性的研究

详细研究了乙醇正庚烷混合燃料实现均质充量压缩过程的自燃着火特性和燃烧特性。在单缸HCCI发动机上,开展了正庚烷、10%～50%乙醇正庚烷燃料在1800r/min下不同负荷时的试验研究。研究表明,在正庚烷中加入30%～40%比例的乙醇,HCCI运行的平均指示压力可以从0．34MPa拓展到0．52MPa,大负荷下的指示热效率达到50%,但低负荷热效率显著降低。由于乙醇较高的辛烷值,随燃料中乙醇比例的增加,低温反应明显推迟,发生低温反应的起始温度相应升高,峰值放热率降低,并且当乙醇比例达到50%以后,观察不到明显的低温反应。由此导致高温着火时刻推迟,燃烧持续时间延长。正庚烷、10%～30%乙醇正庚烷的HC较低,但是乙醇比例达到40%后,HC显著升高。CO排放在平均指示压力0．15～0．25 MPa最高,负荷增加后得到改善。在供给相同的循环热量条件下,随乙醇比例增加,最大燃烧压力以及对应时刻、着火时刻都呈现明显的变动。

压缩比、CO_2和LPG对二甲醚燃料均质压燃燃烧的影响

在一台2-135柴油机上实现了纯DME的均质压燃(HCC I)燃烧方式.实验结果表明,DME的HCC I燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于零排放.在实验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷增大而减少.对DME的HCC I燃烧机理进行研究表明,由于纯DME十六烷值高导致的着火比较早(上止点前28°CA左右),使得发动机只能在中低负荷较小范围内运行.为了扩展发动机工况,控制HCC I着火,进一步通过调节实验发动机压缩比,以及在优化的压缩比下,在进气道加入气体CO2或者在DME中加入LPG降低燃料十六烷值的方法来改进和控制HCC I的燃烧.实验表明以上方法可以有效控制HCC I燃烧,拓宽HCC I发动机运转范围.

甲基叔丁基醚对正庚烷均质压缩燃烧抑制效果的试验研究

研究了含甲基叔丁基醚（MTBE）的正庚烷HCCI燃烧特性和排放影响因素.在单缸HCCI发动机上,开展了正庚烷、10%～50%MTBE正庚烷燃料在1800 r/min下不同负荷时的试验研究.研究表明,在正庚烷中加入MTBE后,低温反应时刻明显推迟,低温峰值放热率降低,负温度系数区持续时间延长,引起高温反应时间的推迟,从而使得最大平均指示压力（IMEP）增加,但是最小稳定运行IMEP也增加,燃烧效率相对降低.对影响HC和CO排放的参数分析发现,影响HC排放的主要参数是最高燃烧温度和燃料成分;而影响CO的参数主要有最高燃烧温度、最大压力升高率和平均指示压力.要保持较低的CO排放,最高燃烧温度要大于1 500 K,最大压力升高率高于0.5 MPa/°CA,平均指示压力大于0.3 MPa,燃烧持续时间小于9°CA.