HCCI:未来的发动机

均质压燃HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)燃烧概念是发动机燃烧技术的一大革命,也是发动机创新性技术,它是采用均匀的空气与燃料混合气,但用压燃式点火代替火花塞点火,这种燃烧方式具有较高的热效率、低的NOx和PM排放。     

内部EGR及增压拓展柴油HCCI燃烧负荷范围试验研究

在135单缸柴油机上对比了传统燃烧模式和HCCI燃烧模式的负荷特性,优化了HCCI燃烧模式的喷油始点,分析了内部EGR率及增压压力对HCCI燃烧负荷范围及排放的影响。试验结果表明:对于负气门重叠期喷油的HCCI燃烧模式,1 500r/min下,最佳喷油始点为370°BTDC,气门重叠期为-30°时既保证了较低的NOx排放,又可以获得较佳的负荷范围;提高增压压力不仅可以拓展HCCI燃烧的负荷上限,对负荷下限的燃烧稳定性也有利;将增压压力提高到0.18MPa时,负荷上限从传统燃烧的0.594MPa上升到0.723MPa,但负荷下限较传统燃烧模式要高,CO排放、烟度和燃油经济性都较差。     

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。     

拓宽HCCI发动机运行区域的方法探讨

均质充量压缩燃烧(HCCI)技术由于其较高的燃油经济性和极低的NOx及PM排放越来越受到重视,但是由于HCCI模式发动机运行区域狭小,限制了其在实际中的应用。对限制HCCI发动机运行区域的因素进行了分析,并研究讨论了拓宽HCCI模式运行区域的方法,包括使用进气增压、提高压缩比、使用混合燃料和废气再循环(EGR)等,能在一定程度上拓宽HCCI发动机在高负荷或低负荷时的运行区域,使HCCI燃烧技术能在发动机高负荷和低负荷的工况下适用。     

基于离子电流积分信号的HCCI失火控制

搭建了HCCI汽油机试验台,并通过试验为其离子电流检测系统及其信号积分电路选定合适的参数。分析了不同燃烧工况下的离子电流积分信号特征及其与燃烧的相关性,最后对低速小负荷工况HCCI失火循环进行了基于离子电流积分信号反馈的循环内补火闭环控制的试验研究,结果表明,离子电流积分信号可作为失火的判断标准,而循环内补火可有效地引燃混合气,降低HC排放。     

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。     

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。     

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。     

异辛烷HCCI发动机燃烧特性的大涡数值模拟

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,并与化学动力学程序CHEMKINⅢ相耦合,建立了异辛烷HCCI发动机燃烧过程的大涡模拟(LES)计算模型。利用此模型对异辛烷HCCI发动机的燃烧特性进行了详细分析。发动机以异辛烷为燃料,其化学反应采用了详细的动力学机理。结果表明:大涡模拟所得到的缸内压力变化趋势与试验基本吻合;采用LES模型计算时,缸内混合气燃烧区域以柱形向四周扩散,而采用k-ε模型计算时以球形向四周扩散。     

优化动力HCCI汽油机的试验研究

采用优化动力(OKP)技术手段,利用进气加热实现了产品4缸汽油机的HCCI燃烧.研究了OKP HCCI汽油机的燃烧、HC排放及燃油消耗等特性,分析了压缩比及过量空气系数对HCCI燃烧的影响,并对SI-HCCI切换过程中HC排放规律进行了试验研究.结果表明,OKP HCCI汽油机能在15个循环内实现SI-HCCI燃烧模式...     

二甲醚均质充量压燃发动机燃烧特性试验研究

通过改造一台压缩比为16．5的2-135柴油机,在其上实现DME的HCCI燃烧方式。试验结果表明,DME HCCI发动机不但可以实现无烟燃烧,而且可以有效控制发动机NOx排放,使其接近0排放。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。     

二茂铁和乙醇对HCCI爆震影响的试验研究

为了抑制HCCI发动机在高负荷时的爆震,通过在基础燃料(PRF90)中分别添加少量二茂铁和乙醇,在一台改造过的4缸柴油机的第4缸进行HCCI燃烧试验,研究其对HCCI发动机爆震的影响。试验结果表明,在发动机转速为1 400 r/min、相同当量比的稳态工况下,随着二茂铁质量分数和乙醇体积分数的增加,HCCI发动机缸压和放热率峰值降低,燃烧持续期增加,爆震得到有效抑制,负荷范围得到拓宽。在较小的质量分数下,二茂铁作用不明显,而过多的二茂铁、乙醇导致发动机失火可能性增加,二茂铁的质量分数应为0.035%左右,乙醇体积分数应为1%左右。     

乙醇均质压燃性能的试验研究

在一台改造的单缸发动机上进行了乙醇燃料均质压燃的试验研究。试验结果表明,在较宽的混合气浓度范围内,乙醇HCCI发动机产生较高的热效率,各EGR率下在当量比为0.11~0.5范围内指示热效率都在30%以上;在HCCI燃烧范围内,EGR和当量比的合理组合可以将NOx排放控制在1g/(kW.h)以下;在没有后处理器时,乙醇HCCI燃烧产生较高的HC和CO排放;与EGR率相比,当量比对HC和CO排放的影响更为明显。