柴油均质压燃燃烧循环变动的试验研究

通过在柴油均质充量压燃(HCCI)发动机上进行的试验,研究了运行工况、喷油压力、废气再循环(EGR)和进气增压条件对HCCI燃烧循环变动的影响。结果表明:负荷增加有助于降低循环变动,在低负荷工况,循环变动率随转速增加而增加;不同负荷条件下,喷油压力增加,循环变动率均呈现出先增大后减小的趋势,最大值出现在喷油压力为90MPa时;EGR率增加导致循环变动率增大,但变化幅度不大;增压压力增加,循环变动率呈现先降低后升高再降低的趋势,在低负荷时变化趋势比较明显。     

正庚烷均质压燃过程的燃烧稳定性和循环变动的研究

对正庚烷HCCI燃烧典型工况下的燃烧稳定性和循环变动进行了研究。在单缸HCCI发动机上,通过气口喷射正庚烷,记录了部分燃烧、正常燃烧、爆震燃烧下100个循环的示功图,据此对各个燃烧参数和性能参数的循环变动进行了分析。研究表明：低温阶段的冷焰反应时刻、起始反应温度和低温放热峰值时刻的循环变动系数小于3%,且受混合气浓度的影响不明显;高温阶段燃烧参数循环变动较大,但是着火时刻和峰值放热时刻随混合气浓度的增加显著减小;低温和高温峰值放热率循环变动系数较高。在性能参数方面：不发生爆震燃烧时,最高压力、压力升高率的变动较小;发生爆震燃烧时,循环变动系数迅速增加;不发生失火或者部分燃烧时,平均指示压力和指示热效率的变动较小,且随混合气浓度增加而减小。     

米勒循环拓展均质压燃燃烧负荷范围的计算

针对柴油均质压燃燃烧中的压缩上止点喷射模式容易产生燃油附壁的特点,建立了基于喷雾、燃油附壁、油膜蒸发和燃烧等一系列过程的数学模型,利用该模型对135单缸柴油机进行了校核计算.在校核模型基础上完成了米勒循环拓展早喷模式均质压燃燃烧发动机负荷范围的计算,结果表明:在较低进气压力下(绝对压力小于0.14,MPa),最高燃烧温度是拓展负荷范围的限制条件;在较高的进气压力下(绝对压力大于0.14,MPa),最大压升率成为主要限制条件.通过过量空气系数与增压压力的匹配关系,实现维持排放水平的前提下拓展均质压燃燃烧发动机负荷,最大平均指示压力从0.889,MPa提高到1.029,MPa.     

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。     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。     

二甲醚均质压燃燃烧过程的试验研究

在一台单缸直喷柴油机上进行了二甲醚(DME)均质压燃(HCCl)燃烧过程的试验．研究结果表明，进气中加入30％的惰性气体CO2,发动机实现HCCl运转的负荷范围从0．05MPa扩展到0．35MPa．二甲醚在HCCl模式下表现出明显的双阶段着火特性，增加惰性气体的浓度，第一阶段着火始点滞后，燃烧放热峰值降低，燃烧持续期延长．排放测试表明，HCCl模式下发动机的NOx排放接近于零，可实现无碳烟排放，但CO和HC排放较高．     

二甲醚均质压燃发动机燃烧特性的研究

二甲醚均质压燃发动机由一台单缸柴油机改造而成,其压缩比为10．7。二甲醚气体随进气进入气缸,形成均质混合气。通过试验采集分析缸内压力,结果表明二甲醚均质压燃燃烧是一个两阶段放热过程,分别发生在610K和900K左右。第一阶段放热量较少,约占10％,正常情况下第二阶段集中在上止点附近,释放出70％以上的燃料热量。发动机负荷对最大缸压力及其出现位置、压力升高率和放热率曲线形状等都有重要影响,而发动机转速对它们的影响比较小。     

惰性气体对准均质压燃燃烧过程的影响

在一台可视化发动机上，通过在进气中加入惰性气体的方法来控制柴油引燃天然气的燃烧过程。实验结果表明：进气中加入惰性气体使着火点位置向燃烧室壁面推移，着火点数量增加，着火时间推迟，燃烧速度降低，有效地降低了缸内燃烧最高压力及燃烧压力升高速率，CO2的影响大于N2的影响。     

柴油均质压燃发动机的循环模拟研究

建立了一个柴油均质压燃发动机的零维循环计算模型,用基元反应机理和感应时间（EMIT）模型预测着火正时,用拟合的对数正态分布函数计算不同工况的放热率。与试验的对比表明,模型能够比较准确地预测不同工况柴油均质压燃发动机的工作性能。用建立的模型分析了配气定时对柴油均质压燃燃烧过程的影响,计算表明配气定时可以控制均质压燃燃烧的运行工况范围。     

正庚烷均质压燃燃烧简化动力学模型

在详细化学反应动力学研究的基础上,通过对正庚烷均质压燃燃烧各阶段反应途径分析和敏感性分析,构建了一个新的包括35种物质和41个基元反应的正庚烷均质压燃简化动力学模型．在发动机模拟方面,对此模型进行有效性分析,结果表明,在一定的边界条件范围内,简化动力学模型在着火时刻、缸内温度和压力方面都与详细动力学模型吻合较好,简化动力学模型适用于模拟HCCI部分燃烧边界条件．     

柴油引燃预混天然气准均质压燃着火过程的研究

利用高速摄像技术对柴油引燃预混天然气发动机的着火过程进行了研究，主要分析了混合气浓度，喷油提前角以及环境温度等参数对双燃料发动机着火滞燃期，着火点位置分布和着火点数量的影响，指出柴油引燃预混天然气双燃发动机着火过程是一种准均质压燃着火过程。     

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。     

均质压燃式(HCCI)燃烧的研究

均质压燃式（HCCI）燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点。HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时有效降低柴油机的NOX和碳烟排放，并提高柴油机的循环热效率。HCCI发动机通常工作在高空燃比和较低的压缩比条件下，工作范围较小，高负荷时功率输出不足。“双模式”HCCI发动机是解决上述问题的有效途径，并成为近期HCCI发动机研究中的热点。     

均质充量压燃燃烧的研究与展望

与传统汽油机火花点火燃烧和传统柴油机压燃燃烧的燃烧方式不同,均质充量压燃燃烧(HCCI)是一种新的燃烧方式,由于其同时具有高热效率和低NOx排放的特点,已经成为发动机领域的一个重要研究方向。但是由于这种燃烧方式本身存在的一些问题,使其实用化推广受到了很大限制。本文主要介绍了当前HCCI燃烧面临的诸多挑战以及研究人员对其实用化推广所作出的努力。     

汽油机均质混合气压燃燃烧（HCCI）技术

在汽油机普遍采用电控技术,发动机性能得到较大改善的今天,稀薄燃烧技术为汽油机性能的提高提供了广阔的前景。而HCCI燃烧技术,是一种集常规汽油机和柴油机于一体的新概念燃烧。本文在介绍HCCI燃烧技术的基础上,分析了汽油机实施HCCI的可行性,并介绍了HCCI发动机实用化所面临的问题,提出了废气再循控制HCCI燃烧过程的方案等。     

乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界

在一个单缸排量为1．14L、压缩比为17：1的自然吸气发动机上,使用乙醇燃料采用进气道低压喷射,进行了HCCI燃烧区域的实验研究,结果表明,在进气温度为150℃时,乙醇燃料可以在较宽的范围内（φa=1～9）实现HCCI燃烧,并且以过量空气系数为标志存在着明显的边界,当过量空气系数φa〉9时,燃烧不完全、甚至熄火,φa=9为该实验条件下的稀燃界限,当过量空气系数φa〈3时,不加EGR则产生爆震燃烧;加入EGR则爆震现象消失,可以实现HCCI燃烧,φa=3为该实验条件下的爆震限,当过量空气系数咖。〈1时,加入较多的EGR可以实现HCCI燃烧,但由于燃烧不完全,CO排放大幅度增加,指示效率下降,φa=1为该实验条件下的浓燃界限。     

汽油机均质混合气压燃燃烧(HCCI)技术

在汽油机普遍采用电控技术,发动机性能得到较大改善的今天,稀薄燃烧技术为汽油机性能的提高提供了广阔的前景.而HCCI燃烧技术,是一种集常规汽油机和柴油机于一体的新概念燃烧.本文在介绍HCCI燃烧技术的基础上,分析了汽油机实施HCCI的可行性,并介绍了HCCI发动机实用化所面临的问题,提出了废气再循控制HCCI燃烧过程的方案等.     

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．     

边界条件对正庚烷均质压燃燃烧过程的影响

应用零维详细化学反应动力学模型,对不同边界条件下正庚烷（n—heptane）均质压燃燃烧反应的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究,得出了以初始温度和燃料当量空燃比这两类边界条件为函数,压缩比为17,转速为1400r／min的HCCI全工况解。结果表明：HCCI燃烧分为完全燃烧区域、低温反应和蓝焰反应区域、仅发生低温反应区域和失火区域;不发生热焰反应的关键是反应H＋O2=O＋OH进行程度浅,不能生成足够的OH自由基使CO氧化成CO2;蓝焰反应也不发生而仅发生低温反应的关键是H2O2分解反应的进行程度浅,H2O2只有在缸内温度达到1000K时才能快速分解,这就不能生成足够的OH自由基使甲醛转化成CO2低温反应和蓝焰反应区域是高CO排放区,仅发生低温反应的区域是高甲醛排放区。     

汽油均质压燃燃烧的自由离子生成机理研究

将Warnatz离子生成机理耦合到异辛烷详细化学反应动力学模型中,研究了汽油均质压燃(HCCI)燃烧中H3O+、CHO+、e等离子或CH、O自由基的生成过程.采用了化学反应路径分析的方法研究了自由离子的生成过程.基于一台改造的双缸汽油机,试验研究了不同进气温度下,汽油HCCI燃烧的离子电流信号特性,并基于上述方法,对不...