燃料設(shè)計控制HCCI燃燒與排放的試驗(yàn)研究.pdf

1、均質(zhì)充量壓縮著火HCCI燃燒技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種可以同時降低NOx和碳煙排放的新型高效燃燒方式。但是,相對傳統(tǒng)燃燒模式,HCCI燃燒面臨著火時刻和燃燒速率控制等諸多問題,在其實(shí)用化過程有待進(jìn)一步深入研究。為此本文依據(jù)燃料設(shè)計的概念,嘗試解決HCCI著火燃燒和排放控制問題。 由于HCCI燃燒主要受化學(xué)動力學(xué)控制,研究碳?xì)淙剂咸貏e是參比燃料的化學(xué)動力學(xué)反應(yīng),有助于理解燃料性質(zhì)對HCCI著火與燃燒的影響與控制。本文首先采取數(shù)值模

2、擬方法,研究了一定進(jìn)氣溫度和燃空當(dāng)量比條件下的純正庚烷和純異辛烷的HCCI燃燒的差別性及其原因。在此基礎(chǔ)上,研究了不同固定配比的異辛烷/正庚烷混合參比燃料在一定進(jìn)氣溫度和當(dāng)量比條件下的HCCI燃燒規(guī)律及其相關(guān)產(chǎn)物產(chǎn)生歷程。結(jié)果發(fā)現(xiàn),高辛烷值燃料異辛烷和高十六烷值燃料正庚烷的混合能夠有效控制HCCI燃燒相位和燃燒程度。 為此,本文選用CA498柴油機(jī)作為原型機(jī),改造建立單缸HCCI燃燒試驗(yàn)平臺,利用獨(dú)立的機(jī)械泵供油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)第四缸的

3、固定配比混合燃料進(jìn)氣道預(yù)混合HCCI燃燒.對不同固定配比的異辛烷/正庚烷混合參比燃料HCCI燃燒與排放特性進(jìn)行了詳細(xì)試驗(yàn)研究,進(jìn)而得到不同混合參比燃料的運(yùn)行范圍。結(jié)果發(fā)現(xiàn)燃料性質(zhì)可以控制HCCI低溫反應(yīng)進(jìn)而影響整個HCCI燃燒與排放特性。但高辛烷值燃料或者高十六烷值燃料,其HCCI燃燒排放控制都有一定難點(diǎn),主要體現(xiàn)在高辛烷值燃料不容易壓燃,在低負(fù)荷時著火性差,排放惡化；而高十六烷值燃料具有良好的低溫自燃著火特性,低負(fù)荷工況有良好的燃燒特

4、性和排放特性,但是大負(fù)荷下著火時刻提前,容易爆震。 就高辛烷值燃料HCCI燃燒排放控制的問題,基于燃料設(shè)計的思想,本文進(jìn)一步研究了著火促進(jìn)劑對高辛烷值燃料的HCCI著火性能的改善及其低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)域的拓展,試驗(yàn)研究了在添加少量的DTBP條件下,高辛烷值混合燃料PRF80的HCCI燃燒、排放和運(yùn)行范圍的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用少量比例DTBP的添加,使高辛烷值燃料的HCCI低溫反應(yīng)改善,燃燒相位提前,特別是提高了低當(dāng)量比條件下-的高溫燃燒

5、放熱速率,顯著地拓展高辛烷值燃料的低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)域,HCCI燃燒的HC和CO排放顯著改善。 就高十六烷值燃料HCCI燃燒排放控制的問題,基于燃料設(shè)計的思想,本文進(jìn)一步研究了高辛烷值抗爆含氧燃料的添加對高十六烷值燃料HCCI燃燒控制作用,探討了正庚烷添加不同比例的MTBE、乙醇和甲醇的混合燃料燃燒與排放特性,繼而分析三種高辛烷值抗爆性含氧燃料的添加在正庚烷HCCI燃燒控制及其負(fù)荷拓展方面的共性與差別。研究發(fā)現(xiàn)在正庚烷中添加高辛烷值燃

6、料,使HCCI燃燒相位有效延遲,同時當(dāng)量比范圍拓展將近20﹪.相對純正庚烷HCCI燃燒,甲醇添加使得負(fù)荷拓展約86.8﹪,乙醇添加使得負(fù)荷拓展約75.8﹪,MTBE添加使得負(fù)荷拓展約64.8﹪.甲醇在拓展HCCI負(fù)荷運(yùn)行范圍潛力相對最大,但是甲醇的添加容易導(dǎo)致HCCI燃燒HC排放惡化.綜合負(fù)荷拓展與排放效果發(fā)現(xiàn),乙醇是一種較理想的HCCI燃燒的抗爆添加燃料。 固定配比混合燃料的單一物性,往往無法適應(yīng)變化的發(fā)動機(jī)工況.本文進(jìn)一步提

7、出了實(shí)時控制燃料設(shè)計的概念,設(shè)計了雙飛翼式的HCCI燃燒進(jìn)氣道,利用自行研制的電控系統(tǒng)實(shí)時控制正庚烷和異辛烷的當(dāng)量比,實(shí)時改變?nèi)剂系谋壤?。進(jìn)而實(shí)時改變?nèi)剂系男再|(zhì)和可燃混合氣成分。本文在研究變配比參比燃料HCCI燃燒與排放特性基礎(chǔ)上,進(jìn)而確定參比燃料實(shí)時優(yōu)化控制策略,在小負(fù)荷范圍增加高十六烷值燃料的比例,確?？煽恐?；在高負(fù)荷范圍內(nèi),增加高辛烷值燃料的比例,以增加混合燃料的抗爆性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與固定配比參比燃料相比,實(shí)時優(yōu)化混合燃料比例的HC

8、CI燃燒,獲得了HCCI燃燒負(fù)荷拓展和排放降低的綜合效果,在整個運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)具有較高的熱效率。 為了發(fā)展完善的HCCI燃燒的燃料設(shè)計實(shí)時控制策略,必須了解運(yùn)行條件和燃燒氛圍對HCCI著火燃燒的影響。因此本文對發(fā)動機(jī)運(yùn)行冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速以及EGR率等因素對不同辛烷值參比燃料的著火、燃燒與排放特性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明這些因素對HCCI著火燃燒排放有明顯影響,其中高辛烷值燃料受這些因素影響要比高十六烷值燃料明顯。因此研究表明未來研究