微型發(fā)動機均質(zhì)充量壓燃(HCCI)燃燒特性理論分析及其試驗研究.pdf

1、隨著微納米技術研究和微制造技術的不斷進步，微動力裝置應運而生。微動力裝置與傳統(tǒng)的電池相比，具有更小的體積，更高的能量密度，在當今的工業(yè)生產(chǎn)中具有極為廣闊的應用前景。微型發(fā)動機作為微動力裝置的關鍵部件，研究其燃燒特性對于微動力裝置的開發(fā)具有極其重要的意義。本文在分析國內(nèi)外微型發(fā)動機和均質(zhì)充量壓燃（Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI）研究現(xiàn)狀的基礎上，對微型發(fā)動機均質(zhì)充量壓燃（HCCI）

2、的燃燒特性進行了分析和試驗研究，從而為微型發(fā)動機的設計提供了基礎性研究。
　　均質(zhì)充量壓燃（HCCI）技術以其低氮氧化物、低微粒排放和高熱效率的優(yōu)點，被認為是滿足未來嚴格排放法規(guī)的新一代燃燒方式，已引起了國際內(nèi)燃機學術界和工業(yè)界的高度重視。微型發(fā)動機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，對于微型發(fā)動機的燃燒特性（例如排放）必須有嚴格的要求。均質(zhì)充量壓燃（HCCI）技術是微形發(fā)動機達到這一要

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)動機、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)動機燃燒的特點、HCCI燃燒技術的基本概念、微型發(fā)動機HCCI燃燒過程及燃燒特點、HCCI燃燒的過程控制、HCCI燃燒模型及應用的分類對微型發(fā)動機HCCI燃燒的基本理論進行了研究；同時，還對HCCI燃燒方式和傳統(tǒng)燃燒方式進行比較；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。
　　第三章介紹了HCCI燃燒試驗系統(tǒng)和試驗使用的儀器設備。第四章首先從試驗用發(fā)動機的指示平均有效壓力，指示效率、放熱速率、燃燒持續(xù)時間以及排放物與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關系分析了試驗用發(fā)動機的燃燒特征；通過光學攝像分析了小排量高速發(fā)動機在不同轉(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燃燒過程中原子團的形成和演變過程。第五章對

5、影響微型發(fā)動機HCCI燃燒的關鍵設計參數(shù)（擠氣間隙，汽缸壁溫度和燃燒室形狀）進行了分析研究。第六章得出本文的結(jié)論。
　　本文在一臺由二沖程水冷的O.S.25單缸小型發(fā)動機改造而成的單缸 HCCI發(fā)動機上使用二乙醚燃料進行試驗研究。本文的研究結(jié)果表明：
　　①在HCCI發(fā)動機燃燒過程中，未燃燒或部分燃燒的碳氫化合物比較高，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)動機設計（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，最佳的設計劑氣間隙是0.75mm。
　　③為了取得好的掃氣和相對高的燃燒效率，在微型發(fā)動機的設計（VIMPA）中需要考慮設計冷的曲柄軸箱和暖/熱的燃燒汽缸壁。
　?、芡胄纹咨w的燃燒室比扁平形汽缸蓋的燃燒室對淬熄更敏感，對于厘米級別HCCI燃燒微型發(fā)動