射流控制压缩着火预混合燃烧模拟研究

摘要

当今社会所面临的两大紧迫任务是节约能源和环境保护。传统的汽油机和柴油机燃烧方式都很难同时降低氮氧化物和碳烟的排放，所以有必要开发研究新型低排放的燃烧方式。近年来大量研究表明:内燃机预混合压燃方式具有低排放高效的特点。但诸多问题阻碍着其商业化的进程。为解决着火相位控制的核心问题，本文提出了正十六烷燃料射流控制压缩着火（Jet Controlled Compression Ignition，JCCI）方法，其主要原理为:将主燃料在压缩冲程早期全部喷入缸内，形成高质量预混合气;采用较低压缩比，保证预混合气不会自燃;上止点附近向缸内喷入少量正十六烷燃料，射流引燃预混合气，主动控制其压缩着火相位，实现高效低排放的目的。
　　论文以CF186(A)柴油机为研究对象，利用AVLFire三维CFD软件模拟研究了早喷柴汽油混合物，并通过少量的正十六烷射流引燃预混合气这一过程。结果表明:
　　(1)JCCI燃烧是可控的低温预混合燃烧，喷入缸内的正十六烷射流能够引燃柴汽油预混合气，并控制其着火相位。正十六烷与柴汽油混合物的喷射时刻对于缸内燃烧有重要影响，在上止点前15℃A喷入正十六烷时，缸内着火相位最晚，提前或者延迟喷射，着火相位都将提前。
　　(2)可以实现同时降低NOx排放和碳烟排放，在中低负荷时，NOx排放降低90％以上，碳烟排放降低6％以上;在较高负荷时，NOx排放降低75％以上，碳烟排放降低45％以上。随着废气再循环率的增加，缸内着火相位延后，放热率和缸内爆发压力峰值降低，缸内最高温度降低，燃烧持续期延长。
　　(3)正十六烷的燃油量比例增加，着火相位先延迟然后提前，低热值比例为33.7％时，着火相位最晚。