基于进气温度控制的乙醇燃料SI/HCCI复合燃烧模式发动机研究

本文在一台由柴油单缸机改进而成的乙醇SI/HCCI复合燃烧模式试验系统上分别实现了乙醇燃料火花点燃(SI)和均质压燃(HCCI)。结果表明,采用快速热管理系统实现了HCCI燃烧,HCCI燃烧方式只能在一定区域内运行,不能覆盖发动机运行的整个转速—负荷平面。在HCCI燃烧的运行范围内,与SI燃烧模式相比,HCCI燃烧热效率高、超低NOx排放的优点极为明显,整个工作区内比油耗的最大降幅达到30%,平均降幅超过10%,NOx排放的最大降幅达到98%,平均降幅超过60%。采取SI/HCCI复合燃烧模式将HCCI应用到了实际发动机上,在不同工况进行了两种燃烧模式的相互转换。结果显示,在当前试验条件下难以在一个工作循环内实现两种燃烧模式的平稳切换,通过分析试验所得数据,找出了影响转换平顺性的主要影响因素,最终提出了基于点火提前角、主节气门运动规律、供油规律的主动、协同控制策略,实现了两种燃烧模式的平稳转换。 与试验并行,利用大型气相化学反应动力学软件包Chemkin进行了乙醇HCCI燃烧反应机理的模拟计算。计算显示,在HCCI燃烧模式下,乙醇氧化着火燃烧可分为反应链引发、活性基积累以及着火燃烧三个阶段,其主要通过C2H5OH+OH→产物、C2H5OH+O→产物、C2H5OH+CH3→产物这三种途径氧化消耗。改变燃烧边界条件时发现,随着进气温度的升高,乙醇氧化的总体反应速率增大,反应所需时间缩短;混合气越稀,着火准备期延长,燃烧也推迟;随着EGR率的增大,活性基OH浓度降低,CH2O等中间产物浓度降低,并且完全氧化时间后推,导致后期的CO浓度升高,最终CO排放升高。