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。     

进气温度和燃料辛烷值对HCCI发动机排放的影响

对不同的进气温度、燃料辛烷值和燃空当量比对均质压燃(HCCI)发动机的排放特性进行了研究。研究结果表明,随着进气温度的提高和燃空当量比的增大,HC和CO排放逐步减少,而NOx排放一直较低;低进气温度下,燃料的辛烷值对HCCI发动机的排放影响较大,辛烷值越大,HC和CO排放量越大,NOx排放值突增拐点的燃空当量比越大;高进气温度下,燃料辛烷值对HC和CO排放的影响很小,燃空当量比对NOx排放值出现拐点的影响作用基本消失。     

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。     

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。     

掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧及排放影响

为探究掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧性能的影响，在一台1.8 L涡轮增压缸内直喷汽油机 （GDI） 改装的氢-甲醇发动机上，开展了不同燃空当量比和不同掺氢比条件下的甲醇发动机掺氢燃烧和排放试验研究。结果表明，在稀燃条件下，增大掺氢比能提高发动机缸内最高燃烧压力及放热率峰值，且燃烧相位提前，燃烧持续期缩短。在稀燃情况下适当掺氢有助于改善循环变动，混合气越稀改善效果越好，但随燃空比和掺氢量增大时，循环变动却有恶化的趋势。当燃空当量比大于 0.71 时，增大掺氢比能改善 HC 排放；当燃空当量比大于 0.83 时，掺氢能改善 NOx排放，但 CO 排放恶化；当燃空当量比小于0.83时，增大掺氢比导致NOx排放恶化但CO排放降低。     

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。     

运行参数对汽油HCCI燃烧稳定性和循环变动的影响

为研究进气温度、过量空气系数和发动机转速对汽油均质压燃(HCCI)燃烧稳定性和循环变动的影响,在一台改造后的试验发动机上进行相关试验。试验结果表明,随着进气温度的升高,循环变动较小,最高燃烧压力分布较为集中,进气温度140℃较为合适;汽油HCCI的燃烧循环变动系数对过量空气系数不敏感,随着过量空气系数的增大,最高燃烧压力的出现时刻提前;随着发动机转速增大,循环变动系数变化不大,最高燃烧压力的平均值变大,最高燃烧压力分布集中。     

HCCI燃烧离子电流特性试验研究

在一台单缸试验机上通过改变进气温度、燃空当量比和压缩比等燃烧边界条件,对离子电流信号的波形变化进行了研究。结果表明,离子电流信号受到上述条件的强烈影响,其根本原因在于缸内峰值温度对自由离子浓度变化的作用。温度升高,燃烧较好时,自由离子浓度增加,离子电流信号增强,相位提前;温度降低,燃烧变弱时,自由离子生成受到抑制,信号减弱,且相对燃烧的相位滞后趋于增加。     

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。     

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。     

柴油机HCCI压缩过程缸内工质状态的模拟研究

分析了均质充量压燃(HCCI)的一个技术难点,即燃烧始点的控制,指出其燃烧两阶段性对应着放热的两阶段性。建立了HCCI柴油机早期缸内燃油喷射的压缩模型,通过对R4102柴油机的模拟计算,获得了压缩过程缸内工质T-p变化历程;从低温放热和高温放热分析了进气温度T0、过量空气系数a以及压缩比cε等因素对HCCI燃烧始点的影响。     

气缸壁涂加催化剂对均质压燃发动机燃烧特性的影响

通过修改CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对气缸壁涂有催化剂的HCCI燃烧过程进行了数值计算。对比分析了缸内催化燃烧对HCCI发动机的着火时刻及NOx排放的影响;讨论了当气缸壁涂有催化剂时进气温度、进气压力、压缩比、过量空气系数及催化剂种类等多种工况参数对HCCI燃烧特性的影响。     

转速对甲醇HCCI燃烧特性的影响试验研究

在一台双缸4冲程柴油机上实现了甲醇均质压燃的试验,分析了发动机转速对甲醇均质压燃燃烧特性的影响。试验结果表明：过量空气系数和进气温度一定的情况下,随着发动机转速在一定范围内的升高,缸内压力、压力升高率和放热率均有所升高,且存在一个最佳的转速,使得压力、压力升高率和放热率处在较好的水平。     

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.     

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.     

二甲醚发动机的燃烧与排放研究

在一台2135直喷柴油机上，对燃油供给系统进行了适当的改造，测试了燃用二甲醚发动机的燃料喷射时刻、气缸压力和有害排放，计算分析了放热规律及滞燃期变化规律。研究结果表明，在供油提前角相同的情况下，二甲醚的喷射延迟比柴油长而滞燃期比柴油短，着火时刻落后于柴油；二甲醚的最大放热速率小，而燃烧持续期短；二甲醚发动机接近无烟排放，N0x排放浓度显著低于柴油机。     

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。