基于添加剂的汽油压燃着火延迟和燃烧特性研究

发布时间：2020-09-25 18:32

　　能源环境问题日益严峻,面对越来越严格的排放法规以及近年来电动化带来的市场冲击,传统内燃机的发展举步维艰,发展清洁高效的新型燃烧模式是应对当前局面的一个重要方案。汽油部分预混合压燃(PPCI)燃烧模式,即在燃烧开始时缸内油气处于“部分”预混合状态,其热效率能达到甚至超过柴油机,并且碳烟排放极低,是一种很有发展前景的新型燃烧模式。目前,低负荷工况下汽油自燃着火困难是实现汽油PPCI燃烧的重大难题之一,进气加热是最直接的解决手段,但进气加热实现困难且会降低发动机的经济性和安全性,本文的研究目的是通过添加剂改善汽油自燃着火性能,在常温进气下实现稳定的汽油PPCI燃烧。本文在激波管试验台架上对市售92#汽油自燃着火性能进行研究,一方面是为了探讨温度、压力、当量比以及添加剂对汽油自燃着火延迟的影响;另一方面,可以根据试验数据选择与验证适合汽油压燃燃烧的化学动力学机理,为后续进行三维CFD燃烧模拟计算提供研究基础。试验数据表明,当量比一定时,误差范围内着火延迟的对数与温度的倒数成直线关系,只改变压力会得到一组近似平行的直线,而当量比在不同温度范围内对着火延迟的影响不同。在汽油中添加不同比例的二叔丁过氧化物(DTBP)和聚甲氧基二甲醚(PODE)会改善燃料的自燃着火性能,拓展最低着火温度极限,且添加比例越高,这种效果越明显。以一台单缸柴油机为原型,使用发动机模拟软件CONVERGE耦合化学动力学机理建立汽油PPCI三维CFD模型,并进行了汽油压燃燃烧模拟研究。首先研究了纯汽油在发动机上的PPCI燃烧,结果表明:在标定转速、低负荷工况下喷油提前角为20°CA时,进气温度要加热到65°C才能实现正常的着火燃烧,但通过调整喷油定时,在进气温度为55°C时就可以达到更好的效果;随后计算模拟了添加PODE改性汽油的PPCI燃烧,在汽油中添加10%的PODE即可在常温进气下实现PPCI燃烧,且动力性相近的前提下SOOT排放远低于原机柴油,当添加比例超过20%时NOX排放会略高于原机水平;最后讨论了双次喷射策略对优化缸内燃烧过程的影响:采用30%后喷比例+10°CA喷射间隔时综合效果较好,相比于原机柴油,IMEP提高0.8%,NOX和SOOT排放分别降低9.0%和72.3%。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK16
【部分图文】：

保有量,增长率,国家能源,内燃机

人类文明进步和发展的重要工具，自内燃机诞生的 100 多年优点在国民各个领域中占据着举足轻重的地位。然而，随着国也开始走进千家万户，汽车保有量迅飞猛涨，导致能源短缺以严重。近年来，国内排放法规和油耗标准日益严格，再加上电车的兴起，传统燃油内燃机的发展面临着巨大的危机。车燃料是石油的主要消耗途径之一，自 2007 开始，我国的汽到 14.9%，据公安部数据显示[1]，截至 2017 年 3 月底，我国辆，而汽车保有量超过 2 亿辆。我国作为一个贫油国家，石面国际油价不断增长，另一方面国内能源需求越来越大，石油2015 年我国石油进口比例首次超过 60%，这对国家能源安全新颁布的第三阶段油耗标准要求百公里油耗不得高于 6.9L,不燃机技术，提高内燃机经济性降低内燃机油耗，不但能带来巨缓解国家能源压力。

激波管,分存,低压段,膜片

着火由缸内的温度、压力、油气浓度分布、燃料自身活性等因素决定，着烧过程和排放都有极大的影响。目前，关于着火时间的测量装置有激波管弹、快速压缩机以及发动机台架等。激波管可以通过压差破膜、针刺破膜来加热空气，从而使管内实验区达到极高的滞止温度。由于激波管对油气是在瞬间完成的，是一个均匀、非等熵的绝热过程，因此可以在较大范围力和温度进行调节。此外，激波管在燃料燃烧的化学动力学机理研究中应，试验结果可以作为后面化学反应机理验证与简化的依据，因此，本文选为试验装置。激波管试验装置介绍激波管是一根等截面金属管，其一端封闭，另一端开放或封闭。管子中间膜，将激波管管子分隔为独立的两部分。实验时，这两部分分别充入压力，充入高压气体的部分被称为高压段，即驱动段；充入低压气体的部分被，即被驱动段。如图 2-1 所示。

区域分布,激波管,区域分布,低压段

激波管试验装置介绍激波管是一根等截面金属管，其一端封闭，另一端开放或封闭。管子中间部膜，将激波管管子分隔为独立的两部分。实验时，这两部分分别充入压力不，充入高压气体的部分被称为高压段，即驱动段；充入低压气体的部分被称，即被驱动段。如图 2-1 所示。图 2-1 理想激波管在实验过程中，由于高压段低压段两部分存在压差，当膜片破裂时，便会立束向高压段传播的中心稀疏波，一道向低压段传播的激波面，以及一道接低压段传播），如图 2-2 所示。

【相似文献】