汽油柴油雙燃料高預(yù)混合低溫燃燒技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

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1、汽油/柴油雙燃料高預(yù)混合低溫燃燒技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究AppliedBackgroundResearchonLowTemperatureCombustionTechnologyofHighlyPremixedChargeCombustionFuelledwithGasoline/DieselDual-Fuel一級(jí)學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程作者姓名：馬帥營(yíng)指導(dǎo)教師：堯命發(fā)研究員天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一三年六月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包

2、含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日中文摘要以均質(zhì)壓燃（HCCI）為代表的新一代燃燒方式可取得極低的NO

3、x和顆粒物排放并保持高熱效率，但由于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在燃燒過(guò)程中起主導(dǎo)作用，其燃燒控制困難及運(yùn)行工況范圍狹窄的難題至今沒(méi)有得到有效的解決，限制了HCCI的廣泛應(yīng)用。為此，本文提出了一種基于燃料化學(xué)活性及混合氣分層協(xié)同控制的燃燒模式—汽油/柴油雙燃料高預(yù)混合低溫燃燒（HighlyPremixedChargeCombustion,HPCC），其供油方式為進(jìn)氣道噴射汽油、缸內(nèi)直噴柴油，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況通過(guò)調(diào)整汽油/柴油比例、EGR率及柴油噴油策略控制實(shí)現(xiàn)高比例的預(yù)混合燃燒，從而實(shí)現(xiàn)HPCC負(fù)荷工況范圍內(nèi)的高效清潔燃燒。本文主要針對(duì)HPCC燃燒技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題及其負(fù)荷工況范圍內(nèi)的燃燒控制策略開(kāi)展了系

4、統(tǒng)的研究。本文首先進(jìn)行了燃燒控制參數(shù)對(duì)HPCC燃燒、性能及排放影響的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，柴油噴油時(shí)刻影響HPCC的燃燒放熱模式，柴油早噴與晚噴時(shí)分別表現(xiàn)出雙燃料的HCCI和柴油引燃汽油預(yù)混合氣的準(zhǔn)均質(zhì)壓燃（QHCCI）燃燒放熱特性。通過(guò)調(diào)整汽油/柴油比例、EGR率及柴油噴油策略可改變缸內(nèi)混合氣的化學(xué)活性及濃度分層，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同燃燒模式的控制；進(jìn)氣壓力影響HPCC的著火滯燃期、燃燒反應(yīng)速度和“失火”與“爆震”燃燒的汽油比例限值，提高進(jìn)氣壓力可以提高汽油比例，從而大幅度降低NOx和碳煙排放；提高柴油噴油壓力仍是改善HPCC模式下NOx和soot排放的重要途徑；通過(guò)優(yōu)化燃燒控制參數(shù)，在平均指示壓力（I

5、MEP）為0.9MPa工況，NOx和soot比排放分別低于0.4g/(kW·h)和0.003g/(kW·h)，并保持較高的熱效率，但HC和CO排放偏高。柴油早噴是在中低負(fù)荷實(shí)現(xiàn)HPCC的主要控制策略，但早噴燃油的“濕壁”會(huì)導(dǎo)致碳煙排放升高，而且碳煙排放峰值出現(xiàn)在某一特定的噴油時(shí)刻區(qū)域。本文針對(duì)燃油早噴時(shí)刻下的碳煙排放特性開(kāi)展了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在特定的噴油時(shí)刻區(qū)域碳煙排放升高的根本原因是“濕壁”燃油在缸內(nèi)形成了局部過(guò)濃區(qū)。燃油早噴情況下的碳煙排放特性不同于傳統(tǒng)柴油機(jī)，如提高進(jìn)氣壓力、控制進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度和提高噴油壓力等均不能有效降低碳煙排放，而提高EGR率、采用高揮發(fā)性燃料或進(jìn)氣道結(jié)合缸

6、內(nèi)直噴的供油方式均可顯著降低碳煙排放。柴油噴油策略是控制燃燒模式、擴(kuò)展高效清潔運(yùn)行工況范圍的重要途徑。本文分別對(duì)單次噴油（晚噴：L-single，早噴：E-single）和兩次噴油（第二次晚噴：L-SOI2，第二次早噴：E-SOI2）策略進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并以L-SOI2為例，采用KIVA-CHEMKIN軟件從混合氣活性及其分層角度對(duì)HPCC燃燒及排放的控制機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，在單次噴油策略中，E-single的NOx和soot排放遠(yuǎn)低于L-single；在兩次噴油策略中，對(duì)于L-SOI2，著火時(shí)刻主要由第二次噴油時(shí)刻控制，高溫放熱分兩階段進(jìn)行，可有效降低最大壓力升高率（MPRR）

7、及最大爆發(fā)壓力，但由于較晚的第二次噴射的柴油存在部分?jǐn)U散燃燒導(dǎo)致碳煙排放升高。對(duì)于E-SOI2，著火時(shí)刻主要由第二次噴油時(shí)刻與化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)共同控制，燃燒持續(xù)期短，熱效率高，但MPRR也較高。為了使高效清潔運(yùn)行工況范圍向高負(fù)荷擴(kuò)展，本文對(duì)不同轉(zhuǎn)速（900～2500r/min）下的高負(fù)荷擴(kuò)展技術(shù)途徑進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在滿足一定的MPRR及排放等限定條件下，對(duì)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用E-sin