基于并行计算的二次喷射式HCCI汽油机的三维数值模拟

建立了缸内直喷HCCI汽油机带进、排气道的燃烧系统的三维工作过程循环数值模型,实现了HCCI发动机包括进气、压缩、燃烧、膨胀和排气工作过程的三维循环模拟并进行了验证.首先基于并行计算进行了不同当量比(负荷)工况下HCCI发动机缸内过程的对比分析,研究了负荷对HCCI发动机着火、燃烧和排放的影响.进而模拟了缸内直喷二次喷射的HCCI发动机循环工作过程,解析了HCCI发动机着火燃烧和排放过程,揭示了HCCI发动机缸内直喷二次喷射控制着火的规律.计算结果有助于对HCCI燃烧过程的深入理解,为HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据.     

催化燃烧对均质压燃发动机燃烧特性影响的数值模拟

通过运用DETCHEM软件包,对甲烷在催化剂Rh表面的详细反应机理进行了分析,结果表明数值模拟结果与实验数据相当吻合;通过耦合DETCHEM软件包及CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对活塞顶涂有催化剂铑的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程进行了数值计算,建立了单区和多区模型．利用单区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机着火时刻的影响,同时讨论了催化燃烧对燃烧过程中主要化学组分浓度变化的影响,结果表明催化燃烧会使HCCI发动机着火时刻提前;利用多区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机的未燃碳氢化合物(UHC)、氮氧化合物(NOx)排放的影响,结果表明催化燃烧能降低UHC的排放,但会提高NOx的排放．     

柴油HCCI稳态与切换过程瞬态HC排放规律试验研究

利用瞬态碳氢化合物(HC)排放采集系统和瞬态测控试验平台,对高压共轨电喷柴油机传统柴油(DI)燃烧与均质充量压缩(HCCI)燃烧模式下和模式间切换过程的燃烧,以及瞬态HC排放特性及其对切换过程的影响进行了试验研究。研究对比了DI与HCCI模式内及相互切换过程中不同转速、不同负荷对燃烧及瞬态HC排放的影响。试验结果表明:随着转速升高,传热损失减少,缸内湍流增加有利于燃油蒸发,减少HC排放。在指示平均有效压力(IMEP)0.31MPa下,HCCI燃烧的HC排放由1 000r/min时的1 810×10-6减少到1 500r/min时的604×10-6。而转速不变,随着负荷由小到大,开始时热损失的减少促进了燃油蒸发,降低了HC排放,而当继续增大时,喷油量继续增加导致了不完全蒸发燃油的增加,又使HC排放增加。在1 500r/min下HCCI燃烧的HC排放由IMEP=0.27MPa时的693×10-6减少到IMEP=0.31MPa时的604×10-6,再增加到IMEP=0.33MPa时的812×10-6。     

甲醇／二甲醚双燃料发动机的排放研究

采用甲醇和二甲醚(DME)双燃料实现均质压燃(HCCI)和复合燃烧,研究了这两种燃烧方式的排放特性.结果表明,HCCI有着极低的NOx排放,而复合燃烧在HC排放上占有优势.采用大的DME比例可以降低HC和CO排放,但NOx排放升高.HCCI燃烧的NOx和CO排放与缸内温度有着明显的对应关系;HC排放不仅与缸内温度有关,还与燃烧室几何参数有关.根据不同工况选取适当的甲醇喷射时刻,可以取得复合燃烧输出功和NOx排放间的平衡.     

调制喷油模式对柴油HCCI燃烧性能和排放的影响

基于多脉冲喷射模式调制的电控开发系统和对柴油HCCI燃烧过程的认识,设计了一系列的典型调制多脉冲喷油模式,包括交错式(SM)、驼峰式(HM)、均衡式(EM)和递增式(PIM)．分别进行了4次多脉冲、5次多脉冲和6次多脉冲调制喷油模式的HCCI发动机试验研究．试验结果表明,柴油HCCI燃烧对调制喷油模式极其敏感,基于调制喷油模式的柴油HCCI燃烧均能达到超低的NOx排放(小于0．82 g／(kW·h))和较低的碳烟排放(小于0．5 BSU)．调制喷油模式的优化,可以使柴油HCCI发动机获得更高的功率输出,拓展其运行的工况范围．     

二甲醚燃料均质压燃燃烧研究

在一台压缩比为16.5的2135柴油机上实现了纯二甲醚(DME)的均质充量压缩燃烧(HCCI)燃烧方式。试验结果表明,DME的HCCI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0。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。对DME的HCCI燃烧机理等进行的研究表明,由于纯DME的着火比较早(上止点前28°CA左右),发动机只能在中低负荷较小范围内运行。为了扩展发动机运行工况,控制HCCI着火,通过在DME中添加LPG以降低燃料十六烷值的方法和在进气中加入惰性气体CO2的方法来改进和控制HCCI的燃烧。试验表明以上两种方法都可以有效的控制HCCI燃烧,拓展HCCI发动机运转范围。     

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。     

催化燃烧对HCCI发动机着火点、燃烧性能及排放的影响

对甲烷在催化剂铑(Rh)表面的反应机理进行了分析。通过修改CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对活塞顶涂有催化剂的HCCI发动机的燃烧过程进行了数值计算,建立了单区、多区模型。利用单区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机着火时刻的影响,结果表明在控制HCCI发动机着火时刻方面催化燃烧有其他方式所没有的优势;利用多区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机的燃烧性能及HC、CO、NOx排放的影响,结果表明催化燃烧对燃烧效率、着火持续期有较大的影响,同时能降低HC、CO的排放,但会提高NOx的排放。     

HCCI燃烧技术应用性能研究

均质压燃(HCCI)是一种全新的燃烧方式,它能够有效地提高发动机的燃烧热效率,降低NOx和碳烟的排放。阐述了HCCI燃烧的特点、HCCI燃烧技术的优点、需要解决的技术问题,介绍了将HCCI燃烧技术应用到汽油机、柴油机上的一些方法,最后对HCCI燃烧技术的应用前景进行了展望。     

内外EGR拓展汽油HCCI发动机高负荷的试验研究

均质混合气压缩着火(HCCI)是一种高效低排放的燃烧方式,但与传统汽油机相比,HCCI发动机受爆震和NOx排放的限制运行范围较窄,自然吸气HCCI发动机的最大IMEP约为0.5MPa.在一台四冲程缸内直喷汽油机上,研究了内外EGR结合对HCCI高负荷拓展的作用.试验结果表明:HCCI发动机所能达到的最大IMEP从0.41MPa拓展到0.59MPa.在相同油量下,随着外部EGR率的增加,燃烧持续期明显增加,燃烧温度大幅度下降,NOx排放大幅降低.同时,HCCI燃烧可通过调整内外EGR的比例来加以优化.