内外部EGR对柴油HCCI燃烧控制的仿真研究

基于分段韦伯函数燃烧放热率模型,通过耦合一维流体动力学软件GT-Power与化学动力学软件Chemkin,建立了均质混合气压燃烧技术(HCCI)柴油发动机仿真试验平台,准确模拟了HCCI单缸试验样机的工作过程,研究了内外部废气再循环(EGR)对柴油HCCI燃烧控制的影响.仿真结果表明:内外部EGR对HCCI燃烧具有不同的控制作用,考虑内外部EGR的综合因素效应,可以实现燃烧相位的有效控制     

发动机运转参数对均质充量压缩燃烧着火时刻的影响

为研究发动机运转参数对均质充量压缩燃烧（HCCI）着火时刻的影响机理，笔者采用了一个两区准维模型（分为绝热中间层区和热边界层区）对四冲程HCCI发动机压缩阶段的温度时间函数进行模拟，在此基础上进行了仿真计算，并研究了初始混合气温度、废气再循环（EGR）率、混合气浓度等运转参数对HCCI燃烧着火时刻的影响．结果显示，随着混合气初始温度的提高和废气再循环（EGR）率的增加，HCCI燃烧的着火时刻提前；而当混合气由稀变浓时，着火时刻推迟。     

火花点燃对乙醇HCCI燃烧稳定性的影响

针对实现均质压燃(HCCI)燃烧的难点之一:着火和燃烧的控制,在一台由柴油单缸机改造而成的乙醇燃料HCCI燃烧单缸试验机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点燃对HCCI燃烧稳定性的影响。结果表明:HCCI燃烧方式的燃烧循环变动比火花点火燃烧低,燃烧速度快,热效率高,NOx的排放大幅降低。在HCCI临界温度工况下引入火花辅助点燃能提高燃烧稳定性,减少失火循环的产生;随着缸内温度逐渐高于混合气的临界着火温度,火花点燃对HCCI燃烧的影响逐渐减弱。     

均质充量压缩燃烧(HCCI)的研究进展与展望

介绍HCCI的基本概念及燃烧的特点,并对目前国内外的研究进展进行分析,指出HCCI方式所面临的主要困难和有待解决的问题,展望HCCI的应用前景.     

乙醇燃料均质压燃发动机的试验研究

利用进气预热和废气再循环(EGR)控制方法,在由CA6110柴油机改造的单缸发动机上进行了以乙醇为燃料的均质混合气压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)试验研究。结果表明:在过量空气系数λ=1~9时,发动机可以实现HCCI燃烧,但由过量空气系数和EGR率表示的HCCI工作范围受爆震和部分燃烧的限制。乙醇燃料HCCI燃烧最大平均指示压力可达到0.6 MPa,指示效率可达到60%。在HCCI燃烧中只产生少量的NOx,但是未燃HC和CO的排放较高。     

乙醇燃料内燃机均质压燃的工作区域

在一台由CA6110柴油机改造的单缸HCCI发动机上进行了乙醇燃料的HCCI工作区域的试验研究。确定了由平均指示压力pm i和转速n表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的指示热效率和排放性能。结果表明:HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可达60%;指示热效率主要受负荷的影响,转速对其几乎没有影响。HCCI燃烧只产生很少的NOx,最大NOx指示比排放只有1 g/kWh;而HC和CO排放都比较高,最低的HC和CO排放约为5 g/kWh,而且对负荷非常敏感。     

气口喷射DMM/柴油混合燃料实现HCCI燃烧

为了促进缸内均匀混合气的形成,将不同比例的DMM/柴油混合燃料通过气口喷射,在单缸发动机上实现了具有超低排放特征的HCCI燃烧方式,考察了混合燃料中DMM的比例、冷却EGR率对HCCI燃烧的转速和负荷范围的影响,以及负荷、冷却EGR率和进气温度对HCCI燃烧的影响.研究表明,由于DMM/柴油混合燃料显著改善了燃料的雾化特性,因此混合燃料能够在较宽的转速和负荷范围内实现HCCI燃烧.此外,由于混合燃料含有很高比例的氧份,因此容许采用较大比例的废气再循环,并且因为冷却的废气再循环推迟了HCCI的着火时刻.通过燃料改性结合外部废气再循环在较大范围内实现了HCCI燃烧.     

混合气质量对乙醇发动机均质压燃燃烧特性的影响

在一台经改造而成的单缸均质压燃(HCCI)发动机上,以乙醇为燃料研究了不同循环供油量和废气再循环(EGR)率对HCCI燃烧的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明:乙醇燃料HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可以接近60%;最高平均指示压力Pmi为0.6MPa;过量空气系数a和EGR率的合理组合可以有效控制HCCI燃烧的着火正时和NOx排放,但是EGR的加入会导致HC和CO排放增加。     

边界条件对乙醇HCCI发动机燃烧的影响

利用发动机循环模拟软件BOOST,并使用详细的化学反应动力学机理,建立了乙醇HCCI发动机的单区模型。模拟计算结果与试验结果吻合得较好。利用该模型研究了气门流量系数和缸内壁面温度对燃烧的影响。模拟计算结果表明,该HCCI发动机的气门流量系数不宜取得很大,在较小的流量系数下HCCI的燃烧变得柔和;而改变壁面温度相当于对进气加热,促进了燃烧。     

混合气质量对乙醇发动机均质压燃燃烧特性的影响

在一台经改造而成的单缸均质压燃（HCCI）发动机上,以乙醇为燃料研究了不同循环供油量和废气再循环（EGR）率对HCCI燃烧的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明：乙醇燃料HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可以接近60％;最高平均指示压力Pmi为0．6MPa;过量空气系数φa和EGR率的合理组合可以有效控制HCCI燃烧的着火正时和NOx排放,但是EGR的加入会导致HC和CO排放增加。     

柴油机燃用二甲醚的HCCI特性模拟分析

用化学动力学软件,对二甲醚柴油机HCCI燃烧模式进行变参数模拟计算.结果表明,进气温度、进气压力、压缩比、转速和EGR率都对HCCI的燃烧过程有比较明显的影响.模拟结果有望在柴油机燃用二甲醚的研究工作中得到广泛应用.     

Influences of Catalytic Combustion on the Ignition Timing and Emissions of HCCI Engines

The combustion processes of homogeneous charge compression ignition(HCCI)engines whose piston surfaces have been coated with catalyst(rhodium or platinum)were numerically investigated.A single-zone model and a multi-zone model were developed.The effects of catalytic combustion on the ignition timing of the HCCI engine were analyzed through the single-zone model.The results showed that the ignition timing of the HCCI engine was advanced by the catalysis.The effects of catalytic combustion on HC,CO and NOx emissions of the HCCI engine were analyzed through the multi-zone model.The results showed that the emissions of HC and CO(using platinum(Pt)as catalyst)were decreased,while the emissions of NOx were elevated by catalytic combustion.Compared with catalyst Pt,the HC emissions were lower with catalyst rhodium(Rh)on the piston surface,but the emissions of NOx and CO were higher.     

醇醚双燃料均质压缩燃烧过程分析

建立了甲醇/二甲醚HCCI发动机燃烧与排放的多维数学模型。模型考虑了进排气道及燃烧室内部不对称结构。利用CFD软件FLUENT耦合双燃料简化动力学模型,对二甲醚/甲醇发动机的HCCI燃烧过程进行了模拟计算。结果表明,多维模型能够较好地预测缸内压力、温度、物质浓度随曲轴转角的变化过程和着火时刻。双燃料HCCI燃烧过程中有2个高温核心,分别是气缸左下底部和右上方边缘地带的两个区域,低温反应最早从这2个部位开始向缸内其他部位延伸。缸内平均温度达到900 K左右开始低温反应,1100 K左右开始高温反应。     

进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响

在一台快速压缩机上模拟甲醇HCCI的燃烧过程,通过缸压曲线和活塞位移曲线等数据进行计算分析,研究了进气温度对甲醇均质压燃燃烧特性的影响规律。结果表明,当其他边界条件一定时,随着甲醇混合气进气温度的增加,甲醇HCCI的燃烧始点提前,缸内压力升高率峰值增加,放热率峰值增加,燃烧持续期缩短。     

缸内直喷乙醇均质充量压燃燃烧离子电流特性

基于DI-HCCI发动机试验台架,对乙醇HCCI燃烧模式下的离子电流特性进行了试验,并结合Chemkin-Pro软件对乙醇HCCI燃烧过程离子产物的化学反应路径进行了分析。结果表明,发动机负荷提升,离子电流信号会显著增强,并且信号的起始、峰值等相位也会提前,离子电流信号最大升高率也会增加,即离子反应速率加快。     

乙醇燃料HCCI-SI双燃烧模式发动机性能的试验研究

在一台改进的单缸发动机上实现了乙醇火花点火燃烧和均质压燃两种燃烧方式。通过进气预热的方法得到了乙醇HCCI燃烧方式的工作区,并定义了燃烧的爆震边界和失火边界。研究结果表明,在采用进气预热的方式下,仅靠空气稀释,乙醇燃料的HCCI燃烧工作上限最大达到了SI工作方式下的50%。在乙醇HCCI燃烧的工作区域内,与SI燃烧方式相比,混合气很稀,因此缸内温度低,NOx的排放降低幅度最大可达58%以上。随着负荷的越小,混合气变得更稀,缸内燃烧温度进一步降低,NOx的降低幅度越大。但在整个负荷变化范围内CO和HC的排放都比较高。     

均质充量压缩燃烧数值模拟的研究动态

与传统的汽油机和柴油机相比,均质充量压缩燃烧(HCCI)方式由于其高热效率和低排放等突出的优越性已成为国际上的研究热点,数学模拟在其中发挥着日益重要的作用.因此,对近年来HCCI燃烧数值模拟研究的进展按单区模型、多区模型和多维CFD模型分别做了全面评述和讨论.前二者在HCCI总体燃烧特性预测与分析方面已取得了显著的成绩;而CFD与详细化学动力学耦合模型由于计算机资源的限制,目前尚处于发展初期.最后,对该领域存在的问题进行了讨论,对今后重点研究方向提出了建议.     

EGR对二甲醚HCCI发动机燃烧特性的影响

针对HCCI发动机的燃烧控制问题,对不同废气再循环(EGR)率R_(EGR)和过量空气系数λ下的二甲醚均质混合压燃发动机的工作过程进行了数值模拟,重点分析了R_(EGR)和λ对二甲醚HCCI发动机燃烧特性的影响.结果表明,λ一定时,随着R_(EGR)的增大,缸内压力、温度、放热率都会降低,高温反应阶段开始时刻推迟;而在R_(EGR)不变的情况下,λ增大,缸内的压力、温度、放热率降低,低温反应阶段提前,而高温放热时刻推后.表明控制R_(EGR)和λ能达到有效控制二甲醚HCCI燃烧时刻的目的.     

燃油添加剂改善HCCI发动机着火性能的试验研究

针对均质预混合压燃着火(HCCI)发动机低负荷易失火的问题,通过在参考燃料(90％的正庚烷和10％的异辛烷)和93号汽油中分别加入适量的着火改进剂过氧化苯甲酸淑丁脂,在HCCI发动机台架上进行燃烧试验．试验结果表明,在参考燃料中添加质量分数为0．3％-1．2％的过氧化苯甲酸叔丁脂后,与参考燃料相比,低负荷界限拓宽了15％-28％,而高负荷界限却降低了0．5％-7％,表明添加剂在拓宽低负荷的同时使高负荷范围下降．93号汽油添加适量的过氧化苯甲酸叔丁酯能够实现HCCI稳定燃烧,而未加添加剂的汽油则不能燃烧．     

直喷汽油机SI/HCCI燃烧过程的CFD模拟研究

建立了缸内直喷HCCI汽油机三维数值模型,且搭建了CFD-化学动力学反应机理计算模型.基于该计算模型平台研究了缸内直喷汽油机SI/HCCI燃烧模式下的燃烧与排放特性.分析了缸内喷雾发展过程、混合气空间分布以及不同燃烧模式下缸内压力与NO排放.研究结果表明,与传统火花点火燃烧模式相比,均质压燃模式下缸内温度空间分布更佳均匀;缸内压力升高率更高;但是燃烧持续期有所缩短.