低辛烷值汽油替代燃料的均质压燃特性及发动机性能研究

【摘要】：随着世界经济的发展,目前汽车发动机成为了降低污染的主战领域。在原有发动机的基础上,通过改善燃料燃烧过程,降低污染排放,不失为一条有效的解决环境问题的途径。发动机均质压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)技术,采用均质混合气压缩着火的方式,是一种实现发动机高效率、低排放的新途径。而低辛烷值汽油是一种清洁燃料,分散性好,芳烃含量少。本文将低辛烷值汽油与HCCI技术相结合,对低辛烷值汽油在HCCI发动机中的燃烧模拟以及整机模拟进行了系统研究。均质压燃方式的燃烧是由化学动力学控制,因此研究所用燃料的化学动力学对均质压燃的模拟工作有重要的意义。当前汽油的主要替代混合物的基础燃料(PRF)主要包括异辛烷和正庚烷,在此基础上加入以甲苯为主要成分的芳香烃,组合成甲苯参比的汽油替代燃料(TRF)。本文以一种典型的TRF燃料机理作为基础进行简化,参考了其他几种PRF简化机理以及甲苯详细机理的重要氧化步骤,提出了一种适用于低辛烷值汽油替代燃料的HCCI发动机的甲苯参比燃料简化机理(包含142种成分和468个化学反应),通过软件模拟,证明该机理在激波管着火延迟期的计算预测以及HCCI工况预测中都有较高的准确性。采用新建立的机理应用到低辛烷值汽油HCCI燃烧的变工况模拟中去,运用单区发动机模型,通过采取不同的初始条件,可以简单对比出不同工况下发动机气缸内燃烧放热、温度、压力的变化。通过模拟可以看出,提高进气温度、提高压缩比,降低混合气浓度等,都可以有效提高HCCI发动机的燃烧效率,但会有发动机结构、强度等方面的限制。采用多区发动机模型可以与实际发动机燃烧过程基本同步,本文采用九区发动机模型进行模拟,得出发动机内各区燃烧过程以及产生排放情况,更加符合实际。为了准确分析低辛烷值汽油替代燃料HCCI发动机的性能,本文在一维发动机整机模拟软件中,以一台缸内直喷汽油机为参考,建立了HCCI发动机的整机模型。将新建立的TRF燃料机理应用到整机模型的燃烧性能中,得出低辛烷值燃料HCCI发动机的速度特性。总结得出,低辛烷值燃料HCCI发动机有良好的动力性、经济性和排放性,但运行工况范围窄,只适合于中小负荷工况。
【关键词】：发动机 低辛烷值燃料 均质压燃 化学动力学机理 燃烧特性
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U464;U473