预混燃料特性和燃料分层对双燃料发动机燃烧过程影响的可视化研究

发布时间：2020-05-22 07:15

【摘要】：低温预混燃烧模式兼具柴油机和汽油机的优势,在降低NOx和SOOT排放的同时,具备提高发动机效率的潜力。并且在双燃料模式下,适当的燃料分层可以有效改善对燃烧过程的调控能力,有利于拓宽发动机的运行范围。然而如何营造合理的混合气分层以及混合气分层对于双燃料燃烧的影响控制机制尚未明确,本文基于电控喷油光学发动机平台,开展双燃料预混低温燃烧模式的光学研究,运用高速摄影和Mie散射法并结合图像处理技术,通过改变进气道预混低活性燃料当量比、燃料种类以及直喷燃料喷射策略以营造不同的缸内混合气氛围,探究混合气分层对双燃料着火核心发展及火焰发展过程的影响;采用适当的喷射策略实现高预混可控压燃(HPCCI)燃烧模式,揭示其燃烧放热过程,探讨其影响因素以及调控机制。本文选择柴油为直喷燃料,乙醇和汽油分别作为预混低活性燃料,研究结果表明:当乙醇作为预混燃料时,柴油着火时刻推迟、着火核心个数少且着火核心发展速度更低,这说明了乙醇的蒸发潜热大、辛烷值高,对柴油的低温燃烧具有一定的抑制作用。本文基于汽油/柴油组合,保持相同的进气温度和预混燃料比例条件下,通过改变直喷喷射次数、喷油时刻、主-预喷喷油量比例、主-预喷喷射间隔等参数实现缸内不同的分层情况,研究结果表明:对于两次喷射策略,不同预喷正时影响着混合气的分层程度,适当提高混合气的整体活性有助于改善对燃烧过程的控制;预混合气的低温放热可以成为主喷燃油的“助燃剂”,也可以成长为新的着火核心,因此双燃料的着火位置及时刻受低温放热及混合气分布的共同影响。本文实现了低负荷下的HPCCI燃烧模式,观察其燃烧过程的发现HPCCI模式的燃烧放热主要分为三个阶段:(1)在-10°CA附近出现淡蓝色的化学发光为预混合气的低温放热;(2)主喷燃料进入缸内迅速着火形成微火源;(3)随着微火源的不断发展,预混合气被引燃后剧烈燃烧释放大量的热量,这是主放热阶段。研究结果表明:适宜的预混合气氛围下,主喷正时对HPCCI模式的燃烧过程具有一定的调控能力。
【图文】：

HCCI燃烧模式燃烧过程概念图

7图 1-2 不同直喷正时对 RCCI 燃烧着火前缸内混合气分布及放热率的影响[49]直喷压力的大小直接决定了喷雾的形貌以及与空气的混合速率，同时也影响着直喷燃料在缸内的分布区域。Krishnan 等人[71]研究了从 20MPa~130MPa 变化的喷油压力对 RCCI 燃烧着火特性的影响，结果表明，更大的喷射压力使直喷燃料雾化更好，并增强燃料与空气卷吸作用，同时较长的滞燃期使油气混合更加充分和均匀，燃烧平稳、相位推迟，排放降低。Mahdiar 等人[72]拍摄喷油压力在 30MPa 与 130MPa 下RCCI 的燃烧过程，结果表明，如图 1-3 所示，直喷压力直接影响了缸内的燃料分布，导致了火焰传播趋势的差异。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK401

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本文编号：2675636