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转速对正丁醇HCCI发动机性能的影响:发动机转速

发布时间:2019-07-17 15:12:56 影响了:

  【摘要】内燃机排放是环境污染的主要来源,各国研究人员都在寻求新的技术来降低内燃机的污染物排放。新型燃烧模式――均质压燃(HCCI)以均匀充量、压缩着火的形式可达到高效、低排的目标。本文以一台改装的柴油机为基础,控制进气温度和过量空气系数不变,然后改变转速来研究转速对发动机性能的影响。   【关键词】转速;HCCI;发动机性能   中图分类号:TK4文献标识码A文章编号1006-0278(2015)08-151-01   HCCI燃烧符合化学动力学理论,是上世纪八十年代被提出的,因具有高热低排的优点而受到关注。HCCI发动机同柴油机相似,采用压缩着火方式运转,它舍弃了火花塞点火方式,却保留了汽油机混合气预混过程。具有两种传统发动机的特点使得HCCI发动机自成一种新型燃烧模式,被内燃机界称为“第三种燃烧模式”。HCCI发动机不仅需要燃料与新鲜空气进气道预混充分,而且要求混合气在压缩行程中随着温度升高自行着火。HCCI燃烧具有均质混合气同时着火的特点,这使得HCCI燃烧中淬火和缸壁激冷现象减少,排气中的HC量也减少。   一、实验装置   本试验用发动机是一台两缸四冲程、自然吸气、强制水冷直喷式CT2100Q型柴油机,为实现HCCI燃烧,对该发动机做了部分改装,将2缸改为试验缸,即HCCI燃烧运行模式,1缸仍保持原机的柴油供给压燃模式。   二、实验方法和结果分析   试验前,先启动1缸进行暖机,完成后,调整发动机转速、进气温度稳定至设定值,切断1缸供油,同时给2缸供油,发动机此时转为HCCI模式运行。然后通过温度控制装置调节进气温度达到140℃,在通过控制软件控制过量空气系数为2.5,再由测功机控制台控制转速的变化。适用燃烧分析仪记录发动机缸压、温度及放热率随曲轴转角的变化关系图,再适用五气分析仪测出HC、CO和NOx排放数据。   (一)放热率   图1是正丁醇HCCI发动机瞬时放热率、温度和缸压的变化曲线。随着转速逐渐提高,燃烧过程中的放热率、温度和缸压逐渐升高,对应的峰值出现时刻逐渐提前,对应的曲线变得更陡。缸压峰值从4.8MPa升高到6.0MPa。转速为900r/ min的瞬时放热率较小,峰值对应的曲轴转角为ATDC9°CA附近;转速1100r/min对应的瞬时放热率峰值与转速1000r/ min的放热率峰值相比稍微降低,但燃烧放热始点提前出现;到转速1200r/min时放热率峰值最大,达到0.15kJ/°CA,对应的曲轴转角移至ATDC4°CA。转速的升高使得正丁醇HCCI发动机缸内维持良好热氛围,气门重叠期间的扫气过程残余废气量增多,有利于均值混合气着火燃烧,燃料氧化反应放热量增大,并且工作循环中的传热损失减少,因此放热率、温度和压力逐渐升高。   (二)HC、CO和NOx   图2是正丁醇HCCI发动机HC、CO和NOx排放随转速的变化曲线。从图中的变化曲线可以看出正丁醇HCCI燃烧产生的HC排放随着转速提高逐渐升高,而CO排放逐渐降低。转速逐渐升高,HC排放从296ppm升高430ppm,CO排放随转速变化不大,在1200r/min降低到0.7%。随转速升高,正丁醇HCCI燃烧放热增加,缸内温度升高,但燃烧持续时间缩短,持续高温富氧时间也缩短,NOx的生成量较少,在转速为1100r/min时NOx排放约12ppm。   三、结语   HCCI发动机存在运行范围窄的问题,使其不能适应一般的汽车运行工况。经过研究,可以使用双模式发动机,也就是说在低转速和高转速时切换到常规柴油机工作模式,在中等转速是采用HCCI运行模式。美国西南研究院的Thring在一台四冲程发动机上进行了HCCI燃烧试验,试验发现,HCCI燃烧需要较高的EGR率和较高的进气温度,在640K的预混温度和13%~33%的EGR率的条件下,采用火花点火可以改善HCCI发动机运行范围。   参考文献:   [1]蒋德明.内燃机燃烧与排放学[M].西安:西安交通大学出版社,2002.   [2]R.H.Thring,Homogeneous charge compression ignition(HCCI) Engines,SAE Paper 892068,1989.

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