柴油射流控制柴汽油预混合压缩着火相位研究

摘要

预混合压燃在内燃机高效和低排放燃烧方面优势显著,而着火相位的控制是预混合压燃模式面临的核心问题。为了控制预混合压燃的着火相位、改善缸内混合，提出了柴油射流控制柴汽油预混合压缩着火方案，属于射流控制压缩着火（Jet Controlled Compression Ignition–JCCI）的一种。在压缩冲程早期通过向缸内预喷入柴汽油混合燃料形成预混合气，降低压缩比避免预混合气被压燃。压缩上止点附近喷射柴油射流，在给定压缩比条件下，柴油射流被压燃，缸内温度和压力升高，达到预混合气着火条件，预混合气大范围着火，进而达到控制预混合气着火相位的目的。
　　本文对柴油射流控制柴汽油预混合压缩着火相位进行了试验和模拟研究。台架试验结果表明：在BMEP为0.27MPa工况下，着火相位在较大的曲轴转角范围内与柴油射流正时呈较好的线性关系，说明柴油射流控制柴汽油预混合压缩着火能够实现对着火相位的主动控制；燃烧过程分为两个阶段，首先是柴油射流被压燃，缸内温度和压力升高，达到预混合气着火条件，缸内未燃预混合气大范围着火；随着预喷正时的推迟，放热率呈现由单峰较慢放热至双峰放热至最后的单峰快速放热的变化规律。单峰快速放热情况下，燃烧速率最快，压力升高率最大；分别使用三种不同混合比例柴汽油混合燃料D10、D30和D50作为预喷燃料，在较大曲轴转角范围内，着火相位均与柴油射流正时呈现较好的线性关系。说明预喷柴汽油比例不同时，该系统均能控制着火相位，且随着预喷射燃料中柴油比例的增加，缸内预混合气没有发生提前自燃的情况。但随着柴油射流正时的进一步提前，使用D10作为预喷燃料的试验中，着火相位提前幅度逐渐减小；在本文所有试验条件下，尾气中烟度极低，说明柴油射流控制柴汽油预混合压缩着火对于改善缸内混合、降低局部当量比,控制柴油机碳烟排放起到了重要作用。模拟结果表明：燃烧过程分为两个阶段，分别是柴油射流被压燃阶段和预混合气大范围着火阶段；NOX主要产生于柴油射流区域，预混合气燃烧区域中的 NOX生成量很少；随着EGR率的增加，着火相位逐渐推迟，缸内最高温度下降并且最高温度出现的时刻向后推迟，温度升高速率下降，缸压峰值逐渐降低并且峰值出现的时刻逐渐延后，压升率逐渐减小，NOX生成量显著降低；随着第一次预喷正时的提前，着火之前缸内燃料分布变广，两次预喷射的着火相位相差不多，相对于单次预喷射的着火相位略有滞后，缸压峰值逐渐下降，峰值出现时刻相差不多，缸内最高温度逐渐下降；NOX质量分数逐渐下降。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 预混合压燃研究进展

1.3 预混合压燃过程控制技术

1.4 柴汽油双燃料在预混合压燃中的优势

1.5 发动机数值模拟软件概述

1.6 本文主要研究内容

2 JCCI燃烧系统

2.1 JCCI燃烧系统介绍

2.2 JCCI试验设计及设备

2.3 本章小结

3 JCCI发动机着火和排放特性研究

3.1 引言

3.2 试验结果及分析

3.3 本章小结

4 缸内工作过程数值模拟

4.1 引言

4.2 模拟方案

4.3 三维模型以及CFD模型

4.4 边界条件及初始条件

4.5 计算模型的选取

4.6 数值模拟与试验的匹配

4.7 本章小结

5 缸内工作过程数值模拟结果分析

5.1 缸内情况分析

5.2 EGR的影响

5.3 两次预喷的影响

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录A 术语

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢