基于气口喷射-缸内直喷的双燃料燃烧模式的试验研究

摘要

在一台单缸柴油机上,试验工况IMEP在2×105Pa～7×105Pa的范围内研究了气口喷射正庚烷、缸内分别直喷汽油和正丁醇的(Dual Fuel Sequential Combustion,DFSC)以及缸内直喷正庚烷、气口分别喷射汽油和正丁醇的活性控制燃烧模式(Reactivity Controlled CompressionIgnition,RCCI)的燃烧和排放特性。
　　在DFSC燃烧模式下，通过进气道喷入的正庚烷在进气行程与空气均匀混合，并在上止点前发生两阶段反应，触发上止点附近喷入直喷燃料的着火与燃烧，在这种条件下，整个燃烧过程呈现三阶段放热模式。研究表明随着预混合率和总当量比的增大，直喷燃料的放热会随着气口喷射燃料放热的提前而提前；缸内最高压力和最高气体平均温度也随着预混合率和总当量比的增大而不断增大；CO排放随着预混合率和总当量比的增大而减小，HC则保持在一个相对稳定的水平；NOx排放随着预混合率和总当量比的增大而略有增大，但总体都处在较低的水平；燃料含氧对碳烟排放的抑制作用十分明显，在1500r/min的各种负荷下，直喷正丁醇的烟度排放明显小于直喷汽油时烟度排放。
　　在RCCI燃烧模式下，为了研究不同预混合率值和不同的当量比对后续燃烧过程的促进作用，采用缸内直喷高十六烷值燃料正庚烷，进气道喷射高辛烷值燃料汽油/正丁醇在复合一定的条件下减少直喷量，利于燃料的混合。研究表明：随着预混合率和预混燃料当量比的增大，放热趋于集中并且不断提前；缸内最高压力和最高气体平均温度也不断增大；CO和NOx排放出现先增大后减小的现象，烟度排放则不断降低，在较大的预混合率条件下，会出现NOx和烟度同时下降的现象。预混合率较小时增大总当量比可使着火时刻推迟，燃烧持续期增长；直喷燃料喷射时刻的推迟可以显著降低NOx排放。
　　对比DFSC与RCCI两种模式发现：正庚烷当量比较小时，RCCI燃烧模式的指示热效率普遍高于DFSC模式；汽油当量比较小时，RCCI的CO与HC排放较低；在相同当量比的情况下RCCI的NOx和烟度排放普遍都高于相同燃料当量比下的DFSC燃烧；在较小的总当量比或者较大的预混合率下，RCCI模式的指示热效率普遍高于DFSC模式；在较小的预混合率下，RCCI的CO排放低于DFSC模式；在相同预混合率的情况下，RCCI模式的HC和NOx排放普遍高于DFSC模式，RCCI的烟度排放仅在较大当量比而且预混合率较高的情况下低于DFSC模式的烟度排放。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 内燃机各种新型燃烧模式及实现

1.3 研究内容及意义

第二章 试验系统及方案

2.1 前言

2.2 试验系统和测试方法

2.3 试验参数

2.4 本章小结

第三章 双燃料DFSC燃烧模式的研究

3.1 前言

3.2 DFSC燃烧特性研究

3.3 本章小结

第四章 双燃料RCCI燃烧模式的研究

4.1 概述

4.2 双燃料RCCI燃烧特性的研究

4.3 本章小结

第五章 DFSC与RCCI燃烧模式的对比研究

5.1 概述

5.2 当量比对DFSC与RCCI燃烧模式的影响

5.3 预混合率对DFSC与RCCI燃烧模式的影响

5.4 本章小结

第六章 全文总结和工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文