不同辛烷值参比燃料HCCI燃烧特性的试验的研究.pdfVIP

陈伟吕兴才黄震 上海交通大学内燃机研究所 摘要本文通过对不同辛烷值基本参比燃料(正庚烷和异辛烷)及其混合物在 一台高速四缸柴油机上进行单缸HCCI燃烧试验，研究了燃料辛烷值(RON)、EGR率 对HCCI发动机燃烧特性和排放特性的影响。研究结果表明：在同一当量比下，随燃 料辛烷值增大，着火时刻推迟，燃烧放热速率降低，燃烧持续期增加；同时，Hc和 co排放增大，当辛烷值较大时Hc和co排放增大的幅度也较大。对于每种燃料，HCCI 燃烧过程随负荷的增大、EGR率的减小，着火时刻提前、燃烧放热速率加快，燃烧 持续期缩短。利用可控EGR对较低辛烷值的燃料进行调节，使其能够在上止点附近 开始放热，可优化燃烧效果；不同辛烷值燃料在一定负荷下存在一个最佳的EGR率， 使HCCI燃烧效率最好。 关键词 参比燃料 均质压燃 辛烷值 燃烧特性 排放特性 1引言 均质充量压缩燃烧(HCCI)作为新的燃烧方式，近年成为业内研究的焦点之一。HCCI 研究的焦点集中在以下几个方面： (I)HCCI在较宽转速和负荷范围内的着火时刻的控制。HCCI燃烧的着火时刻主要受 到混合气本身化学反应动力学的控制，随当量比、进气成分(或EGR率)、进气温度等参数 的改变而改变。 (2)较大负荷下燃烧速率的控制。HCCI燃烧反应较快，因此一般采用较大的空燃比或 较高的EGR率来减缓燃烧速率，以防爆震的发生，但这也使得发动机缸内的平均指示压力难 以达到较高的水平，无法实现高负荷下运行。 (3)负荷范围的拓宽。 (4)均匀混合气制备；如何在很短的时间内形成均匀的、满足要求的混合气对HCCI 燃烧与着火控制相当关键。 2试验装置和设备 试验选用大连柴油机厂生产的CA498柴油发动机。原机为四缸、四冲程、自然吸气、强 !!! 制水冷直喷式柴油机。柴油机缸径和行程分别为98ram和105mm，总排量为3．J68升，压缩 比为I8．5：l，采用u型燃烧室，标定功率为58 5kW／3400r／min，最大转矩为 186N．m／1800—2400r／min。为了在该机上实现HCCI燃烧，对该机结构做了以下改动： (1)供油系统；安装两套燃油供给系统，一套供给柴酒进行其它三缸常规柴油机压缩燃 烧； 一套供试验用参比燃料进行HCCl燃烧，喷油器安装在靠近发动机进气道位置。 去年[ 咽啦{ 1发动机2测功机3稳压，冷却肋口热箱4空气滤清器5EGR控制阀6油箱7燃油流量计 8输抽泵9喷油泵10水温表11油温表12油压表13五气体分析仪14迸气温度传感器 16缸压传感器17上止点信号传感器18转速传感器 15进气C02浓度取样口 图I HCCI燃烧系统试验装置图 (2)进排气系统；试验为实现“3+1”燃烧模型，对进排气系统进行了改造，对第四缸 HCCI系统独立进排气以及EGR可控。 (3)在HCCI燃烧系统进气管路中安装了一个容积较大的稳压，冷却肋Ⅱ热箱，可以实现 对进气温度的定量调节。 试验中所用主要测试设备有：电涡流测功机，气缸压力传感器(Kistler压电式)，数据 采集器，五气体排放测试仪等。图l所示为HCCI系统试验装置框图。 3试验方案 通过正庚烷和异辛烷以不同比例混合，得到辛烷值为0(正庚烷)、25、50、75和90 的不同辛烷值燃料。对这几种燃料的HCCl燃烧特性、排放特性以及工况范围进行试验研究． 寻求HCCI着火时刻和燃烧反应速度的控制策略以及HCCl运行范围的拓宽。同时还着重对 RON=75的燃料在不同EGR率下的性能以及环境参数对HCCI燃烧的影响方面进行了研究。 发动机冷却出水温度控制在82。c～88。C。应用零维计算模型计算分析了所采集的示功图， 得到HCCI燃