不同进气温度条件下燃料特性对均质压燃燃烧过程影响的试验研究

为了研究不同进气温度(Tin)条件下燃料特性对均质压燃(HCCI)燃烧特性、工况范围和排放特性的影响,在一台改装的4缸直喷柴油机上进行了不同辛烷值(RON)基础燃料(PRF)、汽油和含氧燃料的进气加热发动机试验.结果表明,Tin较低时,PRF着火时刻最早,缸内最大爆发压力和峰值放热率最高,其次是汽油和含氧燃料,但Tin较高时,则是汽油燃料着火时刻最早,燃烧效率和能够实现的最高指示效率最高;Tin升高,所有燃料主燃烧着火时刻提前,缸内最大爆发压力和燃烧效率升高,HCCI正常运转工况范围向小负荷区域拓展,但Tin对指示效率的影响与燃料的RON有关.排放测试表明,Tin升高,所有燃料的HC和CO排放均降低,Tin较高时,燃料特性对两者的影响减小;Tin高于363 K时,汽油的HC和CO排放均最低;Tin和RON都相同,汽油燃料的Nox排放值相对较高,Tin对所有燃料的Nox排放的影响均不明显.     

高辛烷值燃料对HCCI增压发动机燃烧和排放影响的试验研究

在一台经改装的4缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值(RON)基础燃料(PRF)和93号汽油的进气增压(pin)对均质压燃(HCCI)燃烧特性、性能和排放影响的试验研究.结果表明,进气压力增加,发动机缸内最大爆发压力提高,着火时刻提前.增压后,RON对PRF着火时刻的影响减小,汽油的着火时刻滞后于PRF.进气压力增加,HCCI正常运转工况范围向大负荷和小负荷区域都得到拓展.增压后汽油燃料所能达到的最大负荷比PRF高.相同供油量下,进气压力提高,燃烧效率和净指示热效率先增大后减小;最高燃烧效率和净指示热效率均增大.进气压力增加,HCCI发动机的HC和Nox排放降低,CO排放升高.增压后,RON对PRF的HC、CO和Nox排放影响变小,汽油的HC、CO和Nox排放较PRF高.     

废气再循环和发动机运转参数对不同辛烷值燃料HCCI燃烧的影响

考察了废气再循环(EGR)、进气温度、冷却水出水温度和转速等发动机运转参数对HCCI发动机燃烧特征和排放特性的影响。实验结果表明：随EGR率提高,各种燃料的两阶段着火时刻推迟,燃烧持续期延长;高十六烷值燃料可以容许较高的EGR率,RON75最高仅可以采用45％的EGR;EGR对高十六烷值燃料的CO和UHC影响不大,对高辛烷值燃料的CO影响明显,并随EGR率增加CO排放升高。在其它运转参数中,进气温度对HCCI燃烧影响最为显著,随进气温度提高、冷却水温度升高,HCCI燃烧的着火时刻提前、燃烧持续期缩短,高辛烷值燃料的UHC和CO显著降低。转速升高,着火延迟,燃烧持续期延长。此外,研究发现,高辛烷值燃料对HCCI发动机的运转参数更为敏感。     

乙醇-正庚烷燃料均质压缩过程着火与燃烧特性的研究

详细研究了乙醇正庚烷混合燃料实现均质充量压缩过程的自燃着火特性和燃烧特性。在单缸HCCI发动机上，开展了正庚烷、10％～50％乙醇正庚烷燃料在1800r／min下不同负荷时的试验研究。研究表明，在正庚烷中加入30％～40％比例的乙醇，HCCI运行的平均指示压力可以从0．34MPa拓展到0．52MPa，大负荷下的指示热效率达到50％，但低负荷热效率显著降低。由于乙醇较高的辛烷值，随燃料中乙醇比例的增加，低温反应明显推迟，发生低温反应的起始温度相应升高，峰值放热率降低，并且当乙醇比例达到50％以后，观察不到明显的低温反应。由此导致高温着火时刻推迟，燃烧持续时间延长。正庚烷、10％～30％乙醇正庚烷的HC较低，但是乙醇比例达到40％后，HC显著升高。CO排放在平均指示压力0．15～0．25MPa最高，负荷增加后得到改善。在供给相同的循环热量条件下，随乙醇比例增加，最大燃烧压力以及对应时刻、着火时刻都呈现明显的变动。     

缸内直喷汽油机HCCI燃烧对压缩比和辛烷值的适应性研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用多次燃油喷射和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了SI/HCCI复合燃烧方式。研究了不同压缩比和辛烷值对均质混合气压燃（HCCI）燃烧排放特性的影响。结果表明,汽油HCCI燃烧呈现单阶段燃烧燃料特性,HCCI着火发生在上止点附近时油耗低。低压缩比下,HCCI燃烧可以在较浓空燃比下工作,NOx排放较高。高辛烷值燃料HCCI燃烧可运行的负荷范围窄。汽油HCCI发动机在偏高压缩比条件下燃用偏低辛烷值汽油可以获得较好的经济性和排放性能。     

添加剂DTBP改善HCCI着火的数值模拟与试验研究

结合PRF(Primary Reference Fuels)和二叔丁基过氧化物(DTBP)详细的化学反应动力学机理,应用HCCI单区燃烧模型对添加剂二叔丁基过氧化物(DTBP)改善HCCI着火的能力进行了数值模拟,数值模拟结果表明,混有添加剂(DTBP)的基础燃料能够有效地改善HCCI着火,随着DTBP质量分数的增加,着火明显提前,但过多的添加剂不利于发动机正常工作。随着发动机转速提高,添加剂质量分数相应增加,以避免失火。发动机结构与运行参数对HCCI燃烧起到显著影响,提高进气温度、进气压力和压缩比,着火提前;提高发动机转速导致着火滞后。     

利用快速压缩机研究辛烷值对HCCI燃烧特性的影响

在一台燃烧边界条件可控的快速压缩机上对均质压燃燃烧方式(HCCI)下燃料辛烷值对燃烧特性的影响进行了研究.以甲醇、乙醇、异辛烷、PRF90和正庚烷等燃料为研究对象,在不同的燃烧边界条件下,通过对燃烧起始时刻、燃烧持续期、燃烧放热率以及燃烧压力变化历程等参数的分析,得出了燃料辛烷值对HCCI燃烧特性的影响规律.试验结果表明:随着燃料辛烷值的升高,燃烧始点延迟,燃烧持续期延长,放热率最大值和最高燃烧温度同时降低,压力升高率最大值降低、出现时刻延迟,着火温度升高.     

运行工况对基础燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在一台经改装的单缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值基础燃料下发动机转速对均质压燃（HCCI）燃烧特性、工况范围和排放特性影响的试验研究。研究结果表明：发动机转速升高，不同辛烷值燃料着火燃烧时刻推迟，以曲轴转角计算的燃烧持续期延长，高辛烷值燃料的缸内最大爆发压力和缸内温度降低；在中间转速，HCCI实现的最高平均指示压力最大，高转速工况，最高平均指示压力降低；对于低辛烷值燃料，转速对燃烧效率影响不大，转速升高，指示热效率增大；对于高辛烷值燃料，转速升高燃烧效率降低，指示热效率在中间转速最高，高转速降低。排放测试表明，转速升高使得HCCI运转的HC和CO排放都升高，NOx排放则逐渐降低。     

废气再循环与燃料辛烷值对均质压燃燃烧特性影响的试验研究

在一台单缸直喷式柴油机上研究了废气再循环（EGR）对不同辛烷值燃料均质压燃（HCCI）燃烧特性及排放特性的影响.结果表明,EGR使HCCI着火燃烧推迟、燃烧反应速度降低、缸内压力和平均温度降低,HCCI工况范围向大负荷工况扩展;混合气浓度增大或燃料辛烷值增大,EGR对燃烧效率的影响增大,EGR率升高,燃烧效率降低;不同辛烷值燃料最高燃烧效率出现在高比例EGR率、混合气较浓、靠近爆震燃烧边界的区域.试验结果也表明,辛烷值为60的燃料采用EGR后HCCI覆盖的工况范围最宽.     

醇类燃料HCCI发动机燃烧特性的实验研究

在Ricardo Hydra单缸四冲程发动机上利用内部废气再循环策略实现了4种醇类燃料(纯甲醇燃料、纯乙醇燃料、体积分数为50％的甲醇与汽油混合燃料和体积分数为50％的乙醇与汽油混合燃料)的HCCI燃烧．通过调整HCCI发动机的空燃比、转速和气门相位角,研究了醇类燃料HCCI发动机的燃烧特性．结果表明,醇类燃料的 HCCI燃烧不同于普通汽油,燃烧可以在较稀的混合气浓度范围区域内实现,使发动机的运行范围向小负荷和高转速方向拓展,其中纯乙醇可以向高低负荷两个方向拓展运行范围．醇类的着火时刻受化学反应特性和加热的共同影响,其中甲醇燃料的着火在所比较的范围内都是最早的,而且甲醇燃料的着火持续期短于乙醇燃料．除了纯甲醇以外,其他醇类燃料的平均指示压力都高于汽油．     

燃料辛烷值对HCCI燃烧特征和排放特性的影响

将一台4缸高速轻型柴油机中的一缸改装，使其具有独立的进排气系统和燃油供给系统，研究了参比燃料及其混合物在均质压燃过程中的着火时刻、燃烧速率和NOx、UHC、CO排放．考察了正庚烷、异辛烷和各种不同比例的混合物在常温、常压下各种负荷的燃烧特性．研究发现：随燃料辛烷值增加，第一阶段着火时刻推迟，燃烧持续期缩短，第一阶段反应结束时的压力升高量和温度升高量减少；第一阶段的累积放热量取决于燃料中高十六烷值燃料的浓度；第二阶段的着火时刻与第一阶段着火时刻呈线性关系；第二阶段燃烧持续期随当量比的增加而减小，且随辛烷值增加而延长；随燃料十六烷值和当量比增加，CO和UHC排放大幅度改善．     

辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性和性能的影响

通过不同比例的正庚烷和异辛烷混合得到不同辛烷值的混合燃料，在一台单缸直喷式柴油机上研究燃料辛烷值对均质压燃发动机燃烧特性、性能和排放特性的影响．研究结果表明，燃料辛烷值增加，着火始点推迟，燃烧反应速率降低，缸内爆发压力降低．燃料辛烷值增高，均质压燃向大负荷工况拓宽，燃料辛烷值较高时，存在极限转速，辛烷值增加，极限转速降低．对于每一工况，存在一个最佳经济性的燃料辛烷值，负荷增大，最佳辛烷值增高；随着燃料辛烷值增高，发动机NO、HC和CO排放增加，尤其是HC排放增加更为明显．对于均质压燃发动机，低负荷工况适合燃用低辛烷值燃料，高负荷工况适合燃用高辛烷值燃料。     

Co-oxidation in the auto-ignition of primary reference fuels and n-heptane/toluene blends

Auto-ignition of fuel mixtures was investigated both theoretically and experimentally to gain further understanding of the fuel chemistry. A homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine was run under different operating conditions with fuels of different RON and MON and different chemistries. Fuels considered were primary reference fuels and toluene/n-heptane blends. The experiments were modeled with a single-zone adiabatic model together with detailed chemical kinetic models. In the model validation, co-oxidation reactions between the individual fuel components were found to be important in order to predict HCCI experiments, shock-tube ignition delay time data, and ignition delay times in rapid compression machines. The kinetic models with added co-oxidation reactions further predicted that an n-heptane/toluene fuel with the same RON as the corresponding primary reference fuel had higher resistance to auto-ignition in HCCI combustion for lower intake temperatures and higher intake pressures. However, for higher intake temperatures and lower intake pressures the n-heptane/toluene fuel and the PRF fuel had similar combustion phasing.     

Inhibition effect of doping methyl tert-butyl ether compounds to n-heptane on homogenous charge compression ignition combustion

This article reports an experimental study on the combustion characteristics and emissions of homogenous charge compression ignition (HCCI) combustion using n-heptane doped with methyl tert-butyl ether (MTBE). The experiments were conducted on a single cylinder HCCI engine using neat n-heptane and 10%, 20%, 30%, 40% and 50% (by volume) MTBE/n-heptane blends at constant engine speed. The experimental results reveal that the ignition timing of the low temperature reaction (LTR) gets retarded, the peak values of heat release during the LTR decrease and the negative temperature coefficient (NTC) duration gets prolonged with the increase of MTBE in the blends. Consequently, the ignition timing of the high temperature reaction (HTR) gets delayed and both the attainable maximum indicated mean effective pressure (IMEP) and the lowest stable IMEP increase. Parametric studies on CO and HC emissions reveal that the maximum combustion temperature, pressure rise rate, IMEP, ignition timing of the HTR, combustion duration and fuel components have important impacts on HC emission, while the main parameters that show an important influence on CO emissions are the maximum combustion temperature, pressure rise rate, IMEP and combustion duration. Moreover, in order to suppress the CO and HC emissions to a low level, the maximum combustion temperature should be higher than 1500 K, the maximum pressure rise rate larger than 0.5 MPa/°CA, the IMEP above 0.3 MPa and the combustion duration shorter than 9 °CA.     

二甲醚均质压燃燃烧过程的试验研究

在一台单缸直喷柴油机上进行了二甲醚(DME)均质压燃(HCCl)燃烧过程的试验．研究结果表明，进气中加入30％的惰性气体CO2,发动机实现HCCl运转的负荷范围从0．05MPa扩展到0．35MPa．二甲醚在HCCl模式下表现出明显的双阶段着火特性，增加惰性气体的浓度，第一阶段着火始点滞后，燃烧放热峰值降低，燃烧持续期延长．排放测试表明，HCCl模式下发动机的NOx排放接近于零，可实现无碳烟排放，但CO和HC排放较高．     

基于缸内直喷的甲醇汽油混合燃料HCCI燃烧排放特性研究

在缸内直喷发动机上研究甲醇汽油混合燃料的HCCI燃烧排放特性,分析了其非常规排放的性能。试验中选用汽油、M10(甲醇体积分数10%)、M20(甲醇体积分数20%)3种燃料,并通过FTIR方法测量甲醇及甲醛等非常规排放。研究结果表明:在汽油中添加甲醇可以有效拓展HCCI燃烧的高负荷范围,M20燃料的高负荷范围比汽油提高近9%,指示燃油消耗率比汽油高5%～10%,但指示能量消耗率比汽油低2%～6%。CO、THC、NOx等常规排放随甲醇添加比例的增加而降低,而甲醇和甲醛等非常规排放随甲醇添加比例的增加而增加,并随负荷增高呈先增加后减少的趋势。     

用汽油和甲醇燃油分层拓展HCCI燃烧高负荷的试验研究

在一台单缸HCCI发动机上研究了进气道喷射汽油缸内喷射甲醇形成汽油甲醇燃油分层的HCCI燃烧排放特性,探索了其拓展HCCI燃烧高负荷的潜力。试验结果表明:在汽油HCCI燃烧中喷射甲醇能够有效降低缸内混合气的温度,推迟着火时刻,延长燃烧持续期,从而降低压力升高率和缸内最高燃烧压力,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。一定的HCCI负荷工况存在最佳的汽油甲醇比例,且汽油甲醇最佳比例随着负荷的增加不断减小。在最大压力升高率0.5MPa/°CA和较高的指示效率的限制下,自然吸气条件下采用汽油和甲醇燃油分层的HCCI燃烧最高负荷比汽油HCCI燃烧提高了近50%,达到0.62MPa。     

催化燃烧对HCCI发动机着火点、燃烧性能及排放的影响

对甲烷在催化剂铑(Rh)表面的反应机理进行了分析。通过修改CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对活塞顶涂有催化剂的HCCI发动机的燃烧过程进行了数值计算,建立了单区、多区模型。利用单区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机着火时刻的影响,结果表明在控制HCCI发动机着火时刻方面催化燃烧有其他方式所没有的优势;利用多区模型分析了催化燃烧对HCCI发动机的燃烧性能及HC、CO、NOx排放的影响,结果表明催化燃烧对燃烧效率、着火持续期有较大的影响,同时能降低HC、CO的排放,但会提高NOx的排放。