二甲醚均质压燃燃烧的详细化学动力学模拟研究

采用由美国Lawrence Livermore国家实验室提出的二甲醚(DME)详细化学动力学反应机理及其开发的HCT化学动力学程序，对均质充量压缩着火(HCCI)发动机燃用DME的着火和燃烧过程进行了分析。为考虑壁面传热的影响，在HCT程序中增加了壁面传热子模型。采用该方法研究了燃空当量比、进气充量加热、发动机转速和EGR等因素对HCCI着火和燃烧的影响。结果表明，DME的HCCI燃烧过程有明显的低温反应放热和高温反应放热两阶段；增大燃空当量比、提高进气充量温度使着火提前；提高发动机转速和采用冷却EGR使着火滞后。     

外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI燃烧的影响

考察了外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI发动机燃烧的影响。试验结果表明:外部热EGR可以推迟HCCI燃烧的着火时刻,减缓放热速率,但对于高辛烷值燃料的HCCI燃烧,它对更高EGR率的兼容能力不强,需要提高进气温度来提高燃烧的稳定性;随着EGR率的增加,燃烧持续期延长,缸内温度和压力峰值均减小,指示热效率也随着减小;NOx排放随着EGR率的增加在经过一个"拐点"后始终维持在一个较低的水平,而CO和HC的排放随着EGR率的增加显著增加,燃烧恶化。     

二甲醚/甲醇混合燃料燃烧数值模拟研究

均质充量压缩着火燃烧(HCCI)技术的提出为内燃机的发展开辟了一种更为节能高效、绿色环保的新模式,着火性能差异较大的两种燃料掺混是实现均质混合压燃着火控制的有效方法。文章利用CHEMKIN化学反应动力学模拟软件对二甲醚(DME)/甲醇混合燃料均质混合压燃燃烧过程进行了数值模拟研究,重点分析了燃料掺混比、过量空气系数、发动机转速以及进气温度对HCCI发动机燃烧特性的影响规律。     

柴油机HCCI燃烧特点及影响因素

本文简要介绍了发动机均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的概念和特点,并进一步着重分析了柴油机HCCI燃烧的特点,以及影响柴油机HCCI燃烧的一些重要因素,如混合气形成方式、进气温度、负荷、废气再循环(EGR)、气门正时及压缩比等因素。     

不同辛烷值参比燃料HCCI燃烧特性的试验研究

对不同辛烷值基本参比燃料及其混合物在高速4缸柴油机上进行单缸HCCI燃烧试验,研究了燃料辛烷值、发动机冷却水温度、进气温度以及冷EGR率对HCCI发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明;在同一当量比下,随燃料辛烷值增大,着火时刻推迟,燃烧放热速率降低,HC和CO排放增大。HCCI燃烧随负荷的增大、EGR牢的减小、进气温度和冷卸水温度的升高,着火时刻提前,燃烧放热速率加快。     

乙醇HCCI发动机工作区域的模拟研究

应用0-D单区HCCI发动机模型耦合乙醇氧化反应详细化学动力学机理,对乙醇HCCI发动机的工作区域进行了模拟研究。确定了由过量空气系数(φa)和EGR率表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的排放性能、动力性能以及指示热效率。研究结果表明,在无EGR的工况下,从a=3.2到φa=8.5乙醇可以实现HCCI燃烧,φa<3.2时,出现爆震,必须加入EGR才能抑制爆震燃烧,最大的EGR率达到52%。在HCCI工作区域内,NOx排放较低,最大排放为140×10-6,CO排放较高,φa和EGR率对其影响很大。工作区域内的热效率较高,最大可达到34%,指示平均有效压力受EGR的影响较大,最大峰值达0.5 MPa。     

内部EGR对HCCI燃烧及自由离子生成影响的数值研究

首先运用GT-Power和Chemkin软件建立HCCI发动机仿真试验平台,模拟了HCCI单缸试验样机的工作过程,计算出不同气门负重叠角时的内部EGR率.接着研究了不同的内部EGR率对自由离子生成和HCCI燃烧过程诸参数的影响,包括对最高燃烧温度、最大爆发压力、燃烧始点、燃烧持续期和CHO+与H3O+的摩尔分数的影响.最后探讨了仿真模型中引入Warnatz离子生成机理进行离子电流信号产生机理模拟研究的可行性.     

预燃室催化燃烧对HCCI发动机燃烧特性的影响

对预燃室壁涂有催化剂的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程进行了数值计算,分析了催化燃烧对HCCI发动机燃烧特性的影响;同时分析了预燃室内催化剂种类、过量空气系数、进气温度、进气速度、缸径以及预燃室壁温对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,预燃室存在催化燃烧时对HCCI发动机的着火时刻有很大的影响:随着过量空气系数及预燃室进气速度的增加,HCCI发动机的着火时刻提前;催化剂种类、预燃室缸径以及预燃室壁温对HCCI发动机着火时刻影响不显著,但对缸内燃烧温度影响显著。     

基于Chemkin的甲烷HCCI燃烧模拟研究

均质充量压缩点燃着火HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）作为内燃机新型燃烧方式。具有高效、低排放燃烧的巨大优势,为汽油机性能的提高提供了广阔前景。文中基于化学反应模拟软件Chemkin,利用九区模型模拟了甲烷的HCCI燃烧过程,分别讨论了进气压力、进气温度、压缩比和燃空当量比对甲烷HCCI燃烧的影响。     

基于光谱测试的均质充量压缩着火燃烧的研究

介绍利用光谱测试方法对均质充量压缩着火（HCCI）的燃烧特性进行分析的实例。分析结果显示，一定波长的消光系数与低温氧化反应的活性程度有关，相关知识将对解释HCCI燃烧的机理有所帮助。     

CO2和H2对HCCI二甲醚发动机燃烧影响的数值模拟

模拟了燃用DME的HCC I发动机的燃烧过程,研究了进气添加剂CO2和H2对其着火时刻和指示功的影响。结果表明:CO2能延迟着火时刻,降低缸内压力和温度,从而扩大HCC I燃烧运行范围;H2也可推迟着火,并能有效提高发动机的指示功。为了既控制着火始点,又提高发动机指示功,提出进气中同时添加适量CO2和H2,并就此进行了计算。     

二甲醚发动机HCCI燃烧的试验和数值模拟研究

结合详细化学反应动力学机理,采用单区模型计算了二甲醚发动机均质充量压缩燃烧过程中缸内压力、缸内温度、重要中间产物浓度、NOx 浓度等的变化,并将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,二甲醚均质充量压缩燃烧具有两阶段着火特性,着火时间、NOx 排放和缸内压力变化趋势预测准确。     

HCCI combustion characteristics during operation on DME and methane fuels

The Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine has attracted much interest because it can simultaneously achieve high efficiency and low emissions. However, the ignition timing is difficult to control because this engine has no physical ignition mechanism. In addition, combustion proceeds very rapidly because the premixed mixture ignites simultaneously at multiple locations in the cylinder, making it difficult to increase the operating load. In this study, an HCCI engine was operated using blended test fuels comprised of dimethyl ether (DME) and methane, each of which have different ignition characteristics. The effects of mixing ratios and absolute quantities of the two types of fuel on the ignition timing and rapidity of combustion were investigated. Cool flame reaction behavior, which significantly influences the ignition, was also analyzed in detail on the basis of in-cylinder spectroscopic measurements. The experimental results revealed that within the range of the experimental conditions used in this study, the quantity of DME supplied substantially influenced the ignition timing, whereas there was little observed effect from the quantity of methane supplied. Spectroscopic measurements of the behavior of a substance corresponding to HCHO also indicated that the quantity of DME supplied significantly influenced the cool flame behavior. However, the rapidity of combustion could not be controlled even by varying the mixing ratios of DME and methane. It was made clear that changes in the ignition timing substantially influence the rapidity of combustion.     

二甲醚均质压燃模式非常规排放的试验研究

在ZS1100柴油机上进行了二甲醚均质压燃、二甲醚—柴油混合燃料燃烧模式下的非常规排放试验研究。试验结果表明,二甲醚均质压燃非常规排放物主要是甲醛,其排放量主要与负荷变化相关,柴油机能够稳定运行的最大扭矩是20 N.m,混合燃料燃烧时,负荷可达到45 N.m。     

混合气分层对HCCI汽油机极限负荷和燃烧特性的影响

对比研究HCCI汽油机在不同空燃比下采用混合气分层策略时的极限负荷、NOx排放量和燃油经济性,考察了在此策略下过量空气系数λ和EGR率对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,混合气分层压缩燃烧模式能有效降低HCCI燃烧的压力升高率,具有拓展负荷范围的潜力,但同时也使NOx排放增加;适当的过量空气系数能在一定程度上改善HCCI发动机的燃烧特性,采用9%的EGR率时发动机油耗率最低,具有明显节油效果。     

Numerical analysis of the effect of inhomogeneous pre-mixture on the pressure rise rate in an HCCI engine using multi-zone chemical kinetics

The HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) engine is an internal combustion engine under development, which is capable of providing both high diesel-like efficiency and very low NO_x and particulate emissions. However, several technical issues must be resolved before the HCCI engine is ready for widespread application. One issue is that its operating range is limited by an excessive pressure rise rate which is caused by the excessive heat release from its selfaccelerated combustion reaction and the resulting engine knock in high-load conditions. The purpose of this study was to evaluate the potential of thermal and fuel stratification for reducing the pressure rise rate in HCCI engines. The NO_x and CO concentrations in the exhaust gas were also evaluated to confirm combustion completeness and NO_x emissions. The computational work was conducted using a multi-zone code with detailed chemical kinetics, including the effects of thermal and fuel stratification on the onset of ignition and the rate of combustion. The engine was fueled with dimethyl ether (DME) which has a unique two-stage heat release, and methane which has a one-stage heat release.