燃料特性和燃燒模式對柴油機(jī)低溫燃燒影響的研究.pdf

1、低溫燃燒作為一種新型燃燒方式,燃料特性對其燃燒、性能、排放及高效清潔運(yùn)行工況范圍有重要影響;另一方面,采用多種燃燒模式的復(fù)合燃燒模式也是在全工況范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效清潔燃燒的重要技術(shù)途徑。因此,對燃料特性和燃燒模式的研究具有很重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文采用臺架試驗(yàn)、三維數(shù)值模擬和熱力學(xué)分析手段相結(jié)合的方法,開展了燃料特性和燃燒模式對柴油機(jī)低溫燃燒影響的研究。
　　本文首先對汽油燃料低溫燃燒開展了研究,主要研究了燃燒控制參數(shù)和噴油

2、策略對汽油低溫燃燒的影響。結(jié)果表明,相對于柴油,汽油低溫燃燒可以同時(shí)獲得較低的NOX和soot排放,并獲得與傳統(tǒng)柴油燃燒相當(dāng)?shù)臒嵝?但最大壓力升高率和循環(huán)波動較高,CO排放與柴油相當(dāng),HC排放略高,提高進(jìn)氣壓力可以有效降低汽油低溫燃燒排放。采用兩次噴射策略有利于將汽油低溫燃燒向大負(fù)荷工況擴(kuò)展,但大負(fù)荷時(shí)soot、CO和HC排放升高,燃燒效率和指示熱效率略有降低。
　　針對汽油燃料在大負(fù)荷工況soot排放高的問題,作者對汽油燃料添

3、加正丁醇對低溫燃燒影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,添加正丁醇可以有效降低soot排放;在高EGR率區(qū)域,添加正丁醇使CO和HC排放降低,但NOX排放基本不變。隨著正丁醇比例提高,NO和NO2占氮氧化物的比例基本不變,多環(huán)芳香烴占總碳?xì)渑欧诺谋壤陆?甲醛和乙醛與總碳?xì)渑欧诺谋壤摺?br>　　盡管上述高辛烷值燃料有利于在大負(fù)荷工況實(shí)現(xiàn)低溫燃燒,但是由于十六烷值低,小負(fù)荷工況容易失火,為了向小負(fù)荷工況擴(kuò)展,作者對汽油燃料中添加柴油組成汽油/柴

4、油混合燃料的低溫燃燒特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,在CA50相同的條件下,隨著汽油比例升高,燃燒放熱速率增大,缸內(nèi)最大壓力升高率和爆發(fā)壓力升高,但對指示熱效率影響很小;soot排放降低,NOX排放升高,但可以采用更大的EGR率實(shí)現(xiàn)更低的NOX排放。提高噴油壓力可有效降低混合燃料的soot排放,但過高的噴油壓力對降低soot排放的作用減小。隨著汽油/柴油混合燃料中柴油比例的提高,能夠平穩(wěn)運(yùn)行的小負(fù)荷工況向更低的極限工況擴(kuò)展,但在小負(fù)荷工況下,

5、較高柴油比例燃料的soot排放較高。
　　為了探索相同燃料采用不同燃燒模式的燃燒特性以及對性能和排放的影響,對汽油/柴油雙燃料高比例預(yù)混燃燒(HPCC)方式以及汽油/柴油混合燃料低溫燃燒(LTC)方式進(jìn)行了對比研究。結(jié)果表明,采用早噴策略的E-HPCC燃燒模式中缸內(nèi)混合氣濃度及混合氣化學(xué)活性分布較為均勻,而采用晚噴策略的L-HPCC和混合燃料的LTC燃燒模式中則存在不同程度的混合氣濃度分層。E-HPCC更接近于雙燃燒均質(zhì)壓燃(HC

6、CI)燃燒模式,柴油的低溫反應(yīng)對燃燒過程起決定性作用;L-HPCC是柴油壓燃多點(diǎn)點(diǎn)燃汽油均質(zhì)混合氣的準(zhǔn)均質(zhì)壓燃(QHCCI)燃燒過程,其燃燒放熱速率最低;LTC燃燒模式中的混合氣不均勻?qū)е驴焖俚姆艧岷洼^高的最大壓力升高率,汽油和柴油同時(shí)在混合氣濃度高的區(qū)域開始反應(yīng)。E-HPCC燃燒模式中NOX和soot排放較低主要是由于混合氣較均勻,而未燃HC排放則主要來源于進(jìn)入余隙容積的汽油燃料。在相同的主放熱時(shí)刻(CA50)條件下,LTC的傳熱損失