燃料设计控制HCCI燃烧与排放的试验研究.pdf

上海交通大学
博士学位论文
I燃烧与排放的试验研究
姓名:侯玉春
申请学位级别:博士
专业:动力机械及工程
指导教师:黄震
20070101
,相对传统燃烧模式,燃烧面僮呕时刻和燃烧速率控制等诸多问题,,,研究碳氢燃料特别是参比燃料的化学动力学反应,有助于理解燃料性质对着火与燃烧的影响与控制。本文首先采取数值模拟方法,研究了一定进气温度和燃空当量比条件下的纯正庚烷和纯异辛烷的燃烧的差别性及其原因。在此基础上,研究了不同固定配比的异辛烷/正庚烷混合参比燃料在一定进气温度和当量比条件下的燃烧规律及其相关产物产生历程。结果发现,高辛烷值燃料异辛烷和高十六烷值燃料正庚烷的混合能够有效控制燃烧相位和燃烧程度。为此,本文选用裼突魑T突脑旖⒌ジ譎忌帐匝槠台,利用独立的机械泵供油系统实现第四缸的固定配比混合燃料进气道预混合燃烧。对不同固定配比的异辛烷/正庚烷混合参比燃料燃烧与排放特性进行了详细试验研究,进而得到不同混合参比燃料的运行范围。结果发现燃料性质可以控制低温反应进丽影响整个燃烧与排放特性。但高辛烷值燃料或者高十六烷值燃料,其燃烧排放控制都有一定难点,主要体现在高辛烷值燃料不容易压燃,在低负荷时着火性差,排放恶化;而高十六烷值燃料具有良好的低温自燃着火特性,低负荷工况有良好的燃烧特性和排放特性,但是大负荷下着火时刻提前,容易爆震。就高辛烷值燃料燃烧排放控制的问题,基于燃料设计的思想,本文进一步研究了着火促进剂对高辛烷值燃料的着火性能的改善及其低负荷运行区域的拓展,试验研究了在添加少量的条件下,高辛烷值混合燃料燃烧、排放和运行范围的变化,结果发现采用少量比例的添加,使高辛烷值燃料的低温反应改善,燃烧相位提前,特别是提高了低当量比条件下的高温燃烧放热速率,显著地拓展高辛烷值燃料的低负荷运行区域,燃烧的就高十六烷值燃料燃烧排放控制的问题,基于燃料设计的思想,本文进一步研究了高辛烷值抗爆含氧燃料的添加对高十六烷值燃料燃烧控制作用,探讨了正庚烷添加不同比例的、乙醇和甲醇的混合燃料燃烧与排放特性,继和排放显著改善。
而分析三种高辛烷值抗爆性含氧燃料的添加在正庚烷燃烧控制及其负荷拓展方面的共性与差别。研究发现在正庚烷中添加高辛烷值燃料,使燃烧相位有效延迟,同时当量比范围拓展将近%。相对纯正庚烷燃烧,%,<,乙醇是一种较理想的燃烧的抗爆添加燃料。固定配比混合燃料的单一物性,往往无法适应变化的发动机工况。本文进一步提出了实时控制燃料设计的概念,设计了双飞翼式的燃烧进气道,利用自行研制的电控系统实时控制正庚烷和异辛烷的当量比,实时改变燃料的比例。进而实时改变燃料的性质和可燃混合气成分。本文在研究变配比参比燃料燃烧与捧放特性基础上,进而确定参比燃料实时优化控制策略,在小负荷范围增加高十六烷值燃料的比例,确保可靠着火;在高负荷范围内,增加高辛烷值燃料的比例,以增加混合燃料的抗爆性。结果发现与固定配比参比燃料相比,实时优化混合燃料比例的燃烧,获得了燃烧负荷拓展和排放降低的综合效果,在整个运行负为了发展完善的燃烧的燃料设计实时控制策略,必须了解运行条件和燃烧氛围对着火燃烧的影响。因此本文对发动机运行冷却水温度、转速以及实纫蛩囟圆煌镣橹挡伪热剂系淖呕稹⑷忌沼肱欧盘匦越辛搜芯浚峁明这些因素对着火燃烧排放有明显影响,其中高辛烷值燃料受这些因素影响要比高十六烷值燃料明显。因此研究表明未来研究中,将运行条件因素与燃料实时控制二者有机结合,发展基于运行条件闭环控制的实时燃料设计,对实现燃烧宽转速运行,进一步拓展负荷范围具有重要意义。关键词:均质充量压缩着火;燃料设计;高十六烷值燃料;高辛烷值燃料;参比燃料换ФρВ蝗忌眨慌欧牛皇凳笨刂荷范围内具有较高的热效率。
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