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原文传递燃料在线改质模拟和均质压燃试验研究

论文题名：	燃料在线改质模拟和均质压燃试验研究
关键词：	汽车动力装置;均质压燃;化学反应动力学;燃料改质;数值模拟
摘要：	随着国民经济的迅速发展,国内汽车的保有量迅速增加。汽车的动力装置主要是内燃机,内燃机同时也面临着节能和环保的双重挑战,但是这些挑战有利于促进汽车技术的进步,促进新一代节能、低排放发动机的出现。　　均质压燃(HCCI,Homogeneous Charge Compression Ignition)是一种新的燃烧方式,它是预混混合气在压缩过程中温度升高达到自燃温度以后发生的燃烧现象,它能够大量降低 NOx和颗粒物排放,燃料来源广泛,因此成为内燃机领域研究的热点。　　本文首先阐述甲醇、乙醇和烃类燃料的化学反应机理,并对乙醇燃料在线改质对HCCI燃烧的影响进行模拟。其次介绍对一台 CT2100柴油发动机进行改造,使之成为HCCI发动机试验平台,在此平台上研究了相关参数对醇类燃料(甲醇和乙醇)和汽油HCCI燃烧特性、排放、热效率和运行范围的影响。本文的主要创新成果如下: 　　 (1)应用 CHEMKIN软件的IC Engine模块对乙醇燃料在线改质进行模拟,模拟结果表明,随着改质气比例的增加,峰值压力增加,其对应的曲轴转角提前,指示热效率提高。随着改质气进入气缸的相位逐渐接近上止点,HCCI燃烧始点逐渐推后。　　 (2)对三种燃料的氧化机理研究表明,在甲醇和乙醇的燃烧过程中 OH、CO、H和O都扮演着重要的角色,对反应速率和燃烧速度有着重要的影响。　　 (3)HCCI试验平台的建立,主要包括:进气、排气系统的设计和改制,燃油系统的设计和冷却系统的改造。在试验平台上进行的试验结果表明试验平台的设计是成功的,是可行的。　　 (4)试验表明,随着进气温度的升高,三种燃料峰值压力和峰值温度升高,燃烧始点提前,CA50所对应的曲轴转角提前,燃烧持续期缩短,HC和 CO排放下降,甲醇和乙醇的HC和 CO排放对进气温度的变化较为敏感。λ增大以后,缸内的压力和温度下降,三种燃料的燃烧始点滞后,CA50所对应的曲轴转角滞后,燃烧持续期变长,NOx排放减小,HC和 CO的排放增加,其中甲醇的HC排放在三者中是最小的。　　 (5)试验表明,冷却液温度升高,三种燃料的CA50显著提前,HC和 CO的排放减少,醇类燃料的NOx排放都有轻微的增长。　　 (6)三种燃料的HCCI试验表明,汽油的峰值压力最高,乙醇次之,甲醇最低。峰值压力随着辛烷值的增大下降,辛烷值变大燃烧持续期变长。　　 (7)HCCI运行范围需要采用循环变动系数和最大压力升高率两个参数确定。汽油和乙醇 HCCI运行范围受循环变动和最大压力升高率的限制,而甲醇 HCCI运行范围主要受循环变动的影响。　　 (8)用转速和过量空气系数表示运行范围时,甲醇和乙醇能在较大的转速范围内实现HCCI,汽油 HCCI运行的转速范围较小。乙醇能够将 HCCI运行范围向高转速的区域拓展,甲醇能够将 HCCI运行范围向低转速的区域拓展。混合气变稀,醇类稳定 HCCI运行的转速范围变小,汽油稳定 HCCI运行的转速范围与醇类燃料相比较大一些。
作者：	潘江如
专业：	交通新能源与节能工程
导师：	张春化
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文