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。     

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。     

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。     

基于电控喷油定时与EGR率实现柴油机HCCI/常规燃烧双模式的试验研究

针对HCCI燃烧在大负荷时的局限性,开发了基于电控燃油喷射定时和EGR率的车用柴油机双燃烧模式,即在小、中负荷工作时,采用均质压燃预混合燃烧,在大负荷时,采用传统的扩散燃烧模式,克服了均质预混合燃烧模式大负荷性能差的缺点。试验研究了在HCCI区域喷油提前角与EGR率对柴油机性能的影响及二者在HCCI区域的协同作用。分析了HCCI燃烧的缸压和放热率。通过油量MAP与喷油定时MAP的优化和爆震扭矩值确定了双燃烧模式工作下的HCCI扭矩范围及过渡区域扭矩线。试验结果表明:采用电控VP37泵与电控废气再循环系统相结合,通过增大喷油提前角的方式,在一定的负荷范围内实现了准HCCI燃烧,NOx与炭烟排放同时降低;在大负荷范围内采用常规燃烧方式,使CA4D32TC柴油机实现了双燃烧模式工作,具有较好的性能指标。     

乙醇SI/HCCI燃烧模式平稳转换控制策略研究

如何将均质压燃(HCCI)应用到实际发动机上是当前HCCI研究的热点之一,采用HCCI/SI复合燃烧模式是潜力巨大的出路之一。当发动机采用这种复合燃烧模式时,HCCI只能在一定范围内运行的特点决定了发动机在HCCI和SI两种燃烧模式边界工况发生负荷变化时,需要进行两种燃烧模式的相互转换。实现两种燃烧模式的平稳转换需要对转换过程中影响转换平顺性的因素进行分析,综合控制。通过分析试验所得数据,本研究基于主节气门运动规律、点火提前角和供油规律3个主要影响因素提出了主动、协同的控制策略,实现了两种燃烧模式的平稳转换。     

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。     

均质充气压燃发动机采用热障涂层的试验研究

美国环保署制定的严格的排放法规促使汽车工业需寻求一种可靠的低成本解决方案。均质充气压燃(HCCI)是解决该问题的潜在方案之一。HCCI燃烧过程综合了火花点燃汽油机和压燃直喷式柴油机的技术优点,同时避免了各自的缺点。HCCI发动机成功应用于主要汽车市场的困难之一是怎样为发动机提供实现HCCI所需的热量。设计了一种热障涂层,以利用通常由发动机排气和冷却系统浪费的能量。利用获取的能量作为激发HCCI燃烧所需的热源。通过将1台日产汽车公司汽油机的压缩比由10.3提高到13.5,并对气缸盖火力面、气门头部和活塞顶实施热障涂层处理,实现了这一设想。此外,为了建立HCCI燃烧模式,对发动机的实际控制系统进行了调整。     

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。     

新的发动机燃烧方式--均质充量压燃燃烧(HCCI)

在往复式发动机中，除了火花点燃式燃烧和柴油压燃燃烧的运转方式外还有第3种运转方式，即均质充量压燃燃烧（HCCI）．HCCI模式发动机的运转情况被认为是高效和稳定的。在部分负荷工况下可以大幅度降低NOx的排放．把HCCI燃烧应用到发动机方面尽管仍有一些困难．但HCCI燃烧方式表明在发动机应用的巨大替力，本文将阐述HCCI与传统发动机燃烧方式的不同及其未来的展望。     

均质充气压缩点燃(HCCI)技术及其在汽油机上的应用

均质充气压缩点燃着火HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)作为新一代的内燃机燃烧方式,具有传统火花点火汽油机均质混合气特质,同时具有与传统压燃柴油机相当的高效率,具有实现高效、低排放燃烧的巨大潜力。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。文中在介绍HCCI燃烧技术的基础上,分析了汽油机实施HCCI的可行性及其实用化所面临的问题。     

Experimental study of performance and emission characteristics of DEE-assisted minimally processed ethanol fuelled HCCI engine

The homogeneous charge compression ignition (HCCI) is an alternative combustion concept for reciprocating engines. This study investigates an HCCI engine fuelled with Diethyl ether (DEE) ignition assisted wet ethanol (ethanol with 20% water content). The direct use of wet ethanol could reduce the associated energy required for distillation and dehydration of ethanol. The HCCI engine offers significant benefits in terms of its high efficiency and ultra low emissions. The experiment is conducted with various DEE flow rates and at different air-fuel ratios, for which stable HCCI combustion is achieved. Incylinder pressure, heat release analysis and exhaust emissions were observed. In this study, the effect of DEE on combustion parameters, thermal efficiency and emissions is analysed and discussed in detail. The experimental results indicate that the DEE flow rates have a significant effect on the maximum in-cylinder pressure and its position, thermal efficiency, maximum rate of pressure rise and the heat release rate. Results show that for all stable operating points, brake thermal efficiency is higher than reference mode at lower loads and almost same at higher loads. The emission parameters such as NO, HC and CO are lower than the dual fuel mode which is considered as a reference model for this experiment.     

乙醇燃料HCCI燃烧特性的变参数研究

利用美国Lawrence L ivermore国家实验室公布的乙醇燃烧的复杂化学动力学机理和热力学数据,建立了乙醇HCC I燃烧模型。对模型中复杂化学反应动力学刚性问题采用了能够自动调节步长的Gear向后差分法。分析了进气温度、进气压力、压缩比、当量比等因素对燃烧特性的影响。计算结果对燃用乙醇的HCC I燃烧过程的模拟和分析提供了依据。     

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。     

均质压燃发动机研究开发新进展

介绍了HCCI燃烧节能和降排放的潜力及其产业化关键技术问题;阐述了HCCI发动机稳态工况下的着火燃烧控制方法、瞬态运行控制方法和数值模拟等方面的最新研究进展。可以看出,目前国际上HCCI产业化研究主要集中在汽油机和柴油机HCCI燃烧控制方面,包括燃烧诊断、燃烧模式切换和瞬态工况过渡。缸内直喷多段喷射是HCCI燃烧在车用发动机上应用更有前途和更具可行性的方式。HCCI发动机产业化进程将取决于快速可变配气系统和高质量燃油喷射系统等技术的进一步成熟和产业化成本。     

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。     

Effects of the fuel injection ratio on the emission and combustion performances of the partially premixed charge compression ignition combustion engine applied with the split injection method

Currently, due to the severity of world-wide air pollution by substances emitted from vehicles, emission control is being enforced more strictly, and it is expected that the regulation requirements for emission will become even more severe. A new concept combustion technology that can reduce the Nitrogen oxides (NOx) and PM in relation to combustion is urgently required. As a core combustion technology among new combustion technologies for the next generation engine, the homogenous charge compression ignition (HCCI) is expanding its application range by adopting a multiple combustion mode, a catalyst, direct fuel injection and partially premixed charge compression ignition combustion using the split injection method. This paper used a split injection method in order to apply the partially premixed charge compression ignition combustion method without significantly altering engine specifications of the multiple combustion mode and practicality by referring to the results of studies on the HCCI engine. Furthermore, the effects of the ratio of the fuel injection amount on split injection are investigated. From the test results, the adequate combination of the ratio of the fuel injection amount for the split injection method has some benefit on exhaust and fuel economy performance in a naturally aspirated single cylinder diesel engine.     

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。     

气口喷射惰性添加剂的正庚烷HCCI燃烧过程的研究

在单缸发动机上对气口喷射多种惰性添加剂(甲醇、乙醇、异丙醇和MTBE)对正庚烷HCC I燃烧的影响进行了比较,结果表明,甲醇对着火抑制效果最显著,但是综合分析热效率和排放等因素,乙醇最佳。接着对乙醇着火控制机理进行了详细的试验研究和化学动力学分析。对排放影响因素分析表明,CO排放更多取决于燃烧温度,而HC主要取决于乙醇的比例。     

醇醚燃料发动机非常规污染物排放特性研究

在1台经过改装的单缸柴油机上,采用气相色谱和FT-IR红外光谱检测技术,开展了进气道喷射DME和甲醇双燃料HCCI燃烧方式,以及进气道喷射DME、缸内直喷甲醇双燃料复合燃烧方式下,非常规污染物排放特性的试验研究。结果表明,在不同的燃烧方式下均检测到甲醛、乙醛、甲酸、甲酸甲酯等非常规排放物,且甲醛是非常规排放物中的主要成分。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,在同一负荷下随着甲醇喷射量的增加,甲醛、乙醛、甲酸甲酯的排放都有所增加;在同一甲醇浓度下随着发动机负荷的增加,甲醛的排放增加,乙醛的排放减少,甲酸甲酯的排放先减少后增加。复合式燃烧方式下,甲醛的排放随着有效功率的增大呈先降低后升高的趋势;甲酸甲酯和甲酸的排放均随着有效功率的增加而减少,随着DME喷射比例的增加而增加。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,甲醇排放量增加十分明显。