燃油喷射策略对RCCI燃烧模式的影响研究

发布时间：2020-07-14 05:33

【摘要】：活性控制压燃(Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI)燃烧模式作为一种先进的燃烧模式,其本质是采用两种理化性质差异较大的燃料来形成具有活性分层的可燃混合气,通过改变可燃混合气的浓度和活性,可以对燃烧过程进行灵活控制,在具有较高热效率的前提下还可降低发动机的NOx和颗粒物的排放。在多种燃料搭配中,甲醇作为一种含氧燃料,其汽化潜热值较高,有利于降低燃烧温度,实现低温燃烧,因此甲醇作为一种理想燃料,在活性控制压燃燃烧模式中有很强的应用前景。本研究从高压共轨柴油机上应用活性控制压燃燃烧模式入手,通过将甲醇和柴油搭配作为一组燃料,均采用缸内直喷的技术喷入燃烧室。本研究通过将甲醇与柴油搭配作为活性控制压燃燃烧模式的反应燃料,首先在数值模拟软件中通过改变燃料的掺混比例,研究改变甲醇占能比对甲醇/柴油活性控制压燃发动机燃烧和排放性能的影响,然后通过改变甲醇、引燃柴油的喷射时刻和引燃柴油的喷射策略,探究发动机的燃烧和排放特性的变化趋势,并与纯柴油机进行对比。研究结果表明:与纯柴油机相比,甲醇占能比为50%,发动机的缸内最高燃烧压力、压力升高率峰值和缸内最高温度均有所增大,HC、CO和SOOT排放有略微的升高,NOx排放显著下降,而且此时的NOx和SOOT排放之间的tradoff关系有所削弱;但是过大的甲醇占能比会导致发动机的燃烧粗暴度增大,影响发动机的稳定运行。发动机的燃烧和排放特性随甲醇喷射时刻的变化并未表现出显著的线性规律,在100°CA BTDC时喷射甲醇,可以在燃烧室内形成活性和浓度最佳的甲醇预混合气,此时的缸内最高温度最大,最高燃烧压力和压力升高率峰值均较高;而且此时的HC排放最低,NOx、SOOT和CO排放量也较低。随着引燃柴油喷射时刻的滞后,燃烧室内的最高燃烧压力和最高温度均先上升后下降,压力升高率峰值逐步减小,燃烧始点逐步推迟;HC排放量先减少后增加,NOx排放量先增加后减少,SOOT和CO排放量均逐步增加。因此适当提前引燃柴油的喷射时刻有益于降低污染物的排放量。引燃柴油采用预喷策略会对燃烧室内的燃烧压力、压力升高率和缸内温度曲线的形貌产生明显的影响,随着引燃柴油预喷时刻的提前,燃烧室内的最高燃烧压力逐步升高,压力升高率峰值逐步降低,燃烧始点逐步提前,SOOT和NOx排放量均低于未采用预喷策略时的排放量。随着引燃柴油主喷时刻的推迟,燃烧室内的最高压力呈现三个峰值,由活塞压缩所导致的缸压峰值逐步凸显,HC、SOOT和CO排放量逐渐升高,NOx排放逐渐降低。因此引燃柴油采用预喷策略可以适当的将主喷时刻有所推迟,但是过于推迟的主喷时刻会导致缸内燃烧效率降低,污染物排放量升高。引燃柴油采用预喷策略可以使缸内燃烧变得柔和,可以有效的改善发动机的NOx和SOOT排放,而且不会造成发动机指示热效率的明显降低。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK421.2

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本文编号：2754559