详情

原文传递加氢催化生物柴油/汽油双燃料发动机冷态燃烧特性的可视化研究

论文题名：	加氢催化生物柴油/汽油双燃料发动机冷态燃烧特性的可视化研究
关键词：	汽车双燃料发动机;反应活性控制压燃;喷射策略;冷态燃烧
摘要：	反应活性控制压燃（RCCI）是清洁高效的新型内燃机燃烧模式。目前RCCI燃烧模式的研究多为常规工况，而发动机冷态起动是RCCI燃烧模式在汽车发动机上推广运用面临的重要问题之一。本文基于一台双燃料光学发动机，结合高速成像技术，以加氢催化生物柴油（HCB）为高活性燃料，汽油为低活性燃料，开展冷态条件下缸内喷射策略对HCB/汽油RCCI燃烧影响的可视化研究，探究HCB喷射参数对RCCI冷态燃烧特性的影响，同时结合光学诊断技术分析不同HCB喷射参数下的火焰发展规律，以期通过对HCB喷射参数的调控提升RCCI冷态着火燃烧性能。　　首先基于光学发动机试验平台，采用进气道喷射汽油、缸内直喷HCB的形式，对RCCI模式冷态燃烧边界进行试验研究，得到了进气温度、冷却水温与冷态着火特性的关系，并确定50℃进气温度、60℃冷却水温作为本文光学发动机冷态起动试验的边界条件。　　针对汽油进气道喷射和HCB缸内单次直喷，开展了不同HCB喷射时刻（-30~-15℃A ATDC）及不同HCB直喷比例（10%~30%）RCCI冷态燃烧试验研究。结果表明随着HCB喷射时刻的推迟，着火时刻滞后，缸压峰值和放热率峰值先升高后降低。喷射时刻为-25℃A ATDC时缸压峰值和放热率峰值最高，燃烧持续期（9.44℃A）最短，燃烧效率也最高。HCB喷射时刻对火焰稳定传播影响显著，喷射时刻越接近上止点，火焰沿喷雾油束向四周传播的现象越明显。HCB直喷比例越低，着火时刻越滞后，燃烧持续期越长，燃烧效率越低，因此对于HCB单次喷射需要高HCB直喷比例来改善冷态着火燃烧特性。总体来看HCB单次喷射策略的冷态燃烧表现不佳，火焰面积峰值占燃烧室面积比例最高仅为26.11%，且火焰区域光强较高，着火燃烧特性需要优化。　　针对HCB单次喷射策略的不足，进行HCB两次喷射策略试验研究，采用HCB主喷时刻（-25~-15℃A ATDC）、HCB预主喷比例（30%:70%~70%:30%）及HCB直喷比例（10%~30%）作为两次喷射策略的控制参数。研究结果表明HCB主喷时刻对火焰发展规律影响显著，随着HCB主喷时刻的推迟，火焰发展以四周多点自燃向中心传播转变为沿喷雾油束向四周传播。主喷时刻为-15℃A ATDC时缸压和放热率峰值最高，燃烧持续期（8.16℃A）最短，燃烧效率也最高，为最佳HCB主喷时刻。HCB喷射比例对燃烧相位影响显著，HCB预主喷比例中预喷比例越高，着火时刻越早，缸压峰值和放热率峰值越低，燃烧持续期越长，预喷比例为30%时燃烧效率最高，火焰面积峰值占燃烧室面积比例为79.03%，因此降低HCB预喷比例可以改善RCCI冷态燃烧表现。HCB直喷比例越高，着火时刻越早，燃烧持续期越短，燃烧效率越高，10%直喷比例下火焰面积峰值占燃烧室面积比例仅为15.62%，因此两次喷射策略无法改善低HCB直喷比例的冷态燃烧表现。　　在相同的喷射参数下（HCB直喷比例或HCB喷射时刻），HCB两次喷射策略相较单次喷射策略，缸压峰值和放热率峰值提高，燃烧相位提前，燃烧持续期减小，燃烧效率提高，火焰面积增大。HCB两次喷射策略通过改变喷射时刻及比例能够更加灵活地调整燃烧室整体反应性和局部反应性，进而优化燃烧效果，相较HCB单次喷射策略能够提升RCCI冷态燃烧表现。本文的研究为HCB/汽油RCCI模式的冷态起动燃烧性能提供了试验依据，相关结论对RCCI燃烧方式的改善具有一定的指导作用，对研发RCCI发动机有一定的应用价值。
作者：	曹礼轩
专业：	力学
导师：	王谦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022