乙醇燃料HCCI發(fā)動(dòng)機燃燒特性研究

第25卷(2007)第1期內燃機學(xué)報Transactions of CSICEVol.25(2007)No.1文章編號:1000-0909(2007)01-0030-0725005乙醇燃料HCCI發(fā)動(dòng)機燃燒特性研究張巖,何邦全,謝輝,趙華(天津大學(xué)內燃機燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室,天津300072)摘要:應用調整進(jìn)排氣門(mén)相位控制缸內殘余廢氣率策略,在 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴射單缸試驗機上實(shí)現了無(wú)水乙醇燃料的均質(zhì)壓燃,獲得了運行工況范圍,并分析研究了空燃比、轉速和氣門(mén)相位對乙醇燃料均質(zhì)壓燃的燃燒特性。結果表明:乙醇燃料的均質(zhì)壓燃的可運行范圍仍然受到爆震、換氣過(guò)程及失火的限制,但在高速及稀燃區域得到拓展;其著(zhù)火時(shí)刻及燃燒持續期依賴(lài)于氣門(mén)定時(shí)、空燃比及轉速。關(guān)鍵詞:均質(zhì)壓燃;乙醇;燃燒;汽油機中圖分類(lèi)號:TK411.29文獻標志碼:AThe Combustion Characteristics of an HCCI Engine Fuelled with EthanolZHANG Yan, HE Bang-quan, XIE Hui, ZHAO HuaState Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300072, ChinAbstract: With the utilization of valve timing strategy in inlet and exhaust valve control, the Homogene-ous Charge Compression Ignition( HCCI)combustion was achieved by adjusting the amount of trapped residuals with the negative valve overlap in a Ricardo Hydra four-stroke port fuel injection engine fueled withhanol The effect of ethanol on HCCI combustion characteristics at different air-fuel ratios, enginespeeds and valve timings was investigated. The results indicate that HCCI ethanol combustion can be a-chieved by varying the inlet and exhaust valve timings. The operation range of an HCCI engine fuelled withethanol can be extended to the high speed and lean burn conditions. Meanwhile, ignition timing and com-bustion duration are dependent on valve timing, lambda and speedsKeywords: HCCI; Ethanol; Combustion; Gasoline engine問(wèn)題引言從上世紀20年代開(kāi)始,代用燃料的概念就被提均質(zhì)充量壓縮著(zhù)火(HCC)燃燒模式是一種新型出,到70年代得到廣泛接受。由于石油資源的有的燃燒方式,有著(zhù)不同于傳統汽油機及柴油機的燃燒限性并隨著(zhù)人們的開(kāi)采和利用而日益減少,如今代用過(guò)程。工作于HCCI燃燒模式的發(fā)動(dòng)機(HCCI發(fā)動(dòng)燃料(特別是可再生燃料)已受到國內外內燃機界的機)在進(jìn)氣和壓縮行程中形成均質(zhì)混合氣,當活塞到關(guān)注。乙醇作為可再生含氧燃料,具有辛烷值高、抗爆達上止點(diǎn)附近時(shí)均質(zhì)混合氣被壓縮產(chǎn)生自燃著(zhù)火。性好等特點(diǎn)。研究表明乙醇是實(shí)現HCCI燃燒的理想HCI燃然燒模式可大大提高汽油機部分負荷時(shí)的燃油燃料之一,但是基于內部廢氣再循環(huán)策略下的乙醇經(jīng)濟性,同時(shí)在無(wú)催化器的條件下顯著(zhù)降低發(fā)動(dòng)機的HCl發(fā)動(dòng)機的燃燒研究開(kāi)展得還比較少。為此,本文NO,排放2。HCI發(fā)動(dòng)機集成了傳統火花點(diǎn)燃式在 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機上通過(guò)內發(fā)動(dòng)機及壓燃式發(fā)動(dòng)機的優(yōu)點(diǎn),被認為是新一代內燃部廢氣再循環(huán)的方法研究空燃比、轉速和氣門(mén)定時(shí)對機的代表。乙醇恬沽丑的響,進(jìn)一步了解乙醇燃雖然HCCI發(fā)動(dòng)機有著(zhù)誘人的前景但HCl發(fā)動(dòng)料對中國煤化工燃燒特性的影響,更機還存在著(zhù)火時(shí)刻控制困難、運行工況范圍小等好CNMHG收稿日期:2006-03-17;修回日期:2006-07-12基金項目:國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展規劃資助項目(2001CB209204);國家自然科學(xué)基金資助項目(50476064)。作者簡(jiǎn)介:張巖博土研究生,E-mal: zhangyan@ tju. edu007年1月張巖等:乙醇燃料HCCI發(fā)動(dòng)機燃燒特性研究試驗裝置和試驗過(guò)程空燃比的精確控制。在每個(gè)試驗點(diǎn),用奇石樂(lè )6125B壓電晶體傳感器配合5011B電荷放大器連續采集100試驗用發(fā)動(dòng)機為 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴個(gè)循環(huán)的缸內壓力,并求出其平均值,用于分析。同射單缸試驗機,其具體參數及試驗條件見(jiàn)表1。時(shí),用精度為±1%的渦街流量計測量進(jìn)氣流量。為了消除冷卻水和潤滑油溫度的差異對敏感的表1發(fā)動(dòng)機參數及試驗條件HCCI燃燒造成的影響,試驗過(guò)程中冷卻水溫和油溫被Tab. 1 Engine specifications and test conditions嚴格控制在(80±1)℃和(55±1)℃。參數的值試驗時(shí)節氣門(mén)始終保持全開(kāi),這大大減小了一直缸徑/mm抑制傳統汽油機熱效率的泵吸損失。開(kāi)始試驗時(shí),發(fā)行程/mm動(dòng)機首先由交流電力測功機倒拖至一穩定轉速,并以非量t/mL火花點(diǎn)燃模式使發(fā)動(dòng)機著(zhù)火,用于在氣缸內產(chǎn)生足夠壓縮比量的高溫殘余廢氣。幾個(gè)循環(huán)后,關(guān)閉火花塞點(diǎn)火系氣門(mén)數統,發(fā)動(dòng)機即可在HCCⅠ模式下穩定運行。通過(guò)調節轉速/(r/min)<6500測功機和噴油脈寬,HCCI發(fā)動(dòng)機就可在不同的轉速及吸氣方式自然吸氣空燃比下運行。為了得到更好的霧化效果,在氣道上進(jìn)氣溫度℃安裝了 Delphi公司生產(chǎn)的4噴孔噴油器。使用的燃料為無(wú)水乙醇,其純度在99%以上。為了在發(fā)動(dòng)機上能夠實(shí)現HCI燃燒原機的凸2試驗結果及分析輪軸被替換成重新設計的小升程和短持續期凸輪軸,氣門(mén)升程曲線(xiàn)及主要參數見(jiàn)圖1和表2。凸輪軸直接2.1乙醇燃料的HCCI運行工況范圍驅動(dòng)氣門(mén)運動(dòng)。通過(guò)手動(dòng)調節正時(shí)齒輪帶與凸輪軸之對于傳統的汽油和柴油燃料,由于均質(zhì)壓燃多點(diǎn)間的相對位置,達到所需的負氣門(mén)重疊角,在氣缸內留同時(shí)著(zhù)火的特性發(fā)動(dòng)機在高負荷運行時(shí),缸內壓力升住足夠的殘余廢氣,控制燃燒過(guò)程。高率急劇增加,發(fā)動(dòng)機振動(dòng)和燃燒噪聲均達到不可接受的程度。而在低負荷時(shí),缸內燃燒溫度過(guò)低,導致2.0CO與HC排放急劇增加,因此,HCIl燃燒的可運行工況范圍極其有限。到目前為止,與乙醇燃料均質(zhì)壓燃相關(guān)的研究很少,為此,在四沖程氣道噴射單缸試驗機上通過(guò)調整進(jìn)排氣門(mén)定時(shí)、轉速、空燃比的方法實(shí)現了無(wú)水乙醇燃料的均質(zhì)壓燃,并獲得了其運行工況范圍,如圖2所示。為了便于理解,在圖上給出了各個(gè)邊界點(diǎn)的過(guò)量空氣系數φ值。排氣門(mén)進(jìn)氣門(mén)曲軸轉角/°CA爆震極限圖1氣門(mén)升程曲線(xiàn)換氣極限Fig. 1 valve lift curves=0.993表2進(jìn)排氣凸輪主要設計參數乏出長(cháng)1.115Tab 2 Valve design parameters1.292失火極限1.19設計參數進(jìn)氣排氣1.389氣門(mén)最大升程/mm250030003500中國煤化工氣門(mén)開(kāi)啟持續期/°CAl10CNMHG運行工況范圍Fig 2 HCCI combustion operating envelope試驗發(fā)動(dòng)機與30kW的交流電力測功機相連,在of ethanol排氣管上安裝了線(xiàn)性氣傳感器(精度為±1.5%)確保內燃機學(xué)報第25卷第1期從圖2可以看出,乙醇燃料的HCCI燃燒可以在限向低殘余廢氣率方向拓展了800~3000r/min的轉速范圍內穩定運行。HCCI發(fā)動(dòng)機的運行范圍,以平均指示壓力(IMEP)表示,受到爆燃極限、換氣極限和失火極限的限制。在1500r/失火區域min時(shí)IMEP的范圍最寬,在1000m/ min imeP達到最大值0.419MPa,在3000r/ min meP達到最小值14爆0.059MPa。爆燃的產(chǎn)生是由于放熱過(guò)快導致壓力振蕩12。失火的原因是由于缸內殘余廢氣率過(guò)大混合氣在部分循環(huán)不能著(zhù)火;同樣,混合氣濃度過(guò)稀也是造10爆震極成失火的原因。小升程的凸輪軸使發(fā)動(dòng)機在高速時(shí)產(chǎn)缸內殘余廢氣率/%生換氣極限。圖3缸內殘余廢氣率與過(guò)量空氣系數坐標雖然乙醇燃料屬于典型的高辛烷值燃料,對爆震下的全部試驗工況點(diǎn)有明顯的抑制作用,但在發(fā)動(dòng)機的低速高負荷工況仍Fig 3 RGF-AFR operating range: data points然會(huì )有粗暴的燃燒現象產(chǎn)生。本文使用兩種方法將HCCI的運行工況向小負荷拓展。一種方法是使用稀混合氣。試驗中最稀的混合2.2氣門(mén)相位對MEP的影響氣濃度達到了過(guò)量空氣系數為1.39。實(shí)際上,在過(guò)量IMEP是衡量發(fā)動(dòng)機實(shí)際循環(huán)動(dòng)力性能的重要指空氣系數大于1時(shí),測量得到的空燃比與缸內空燃比標。圖4給出了轉速為1500r/min時(shí)不同進(jìn)排氣門(mén)不同,因為上循環(huán)殘留在缸內的廢氣中仍然有部分空相位對MEP的影響。很顯然,當混合氣變稀時(shí),MEP氣存在,可以參與這個(gè)循環(huán)的燃燒。因此,實(shí)際的缸內會(huì )下降。當空燃比一定的時(shí)候排氣門(mén)關(guān)閉( Exhaust空燃比要高于排氣管中得出的測量值。另外,由于殘 Valve closing,VC)時(shí)刻對MEP的影響作用大于進(jìn)氣余廢氣的稀釋作用,燃燒室內混合氣在壓縮達到自燃門(mén)開(kāi)啟( nlet Valve Opening,vo)時(shí)刻這是因為EVC之前,有些區域的空燃比會(huì )更高。這些區域內產(chǎn)生多點(diǎn)火核的概率會(huì )降低,最終產(chǎn)生失火。同時(shí),殘余廢氣的稀釋作用同樣惡化燃燒過(guò)程,也是發(fā)生失火的重要原因。另一種方法是通過(guò)調節氣門(mén)定時(shí)降低每循環(huán)進(jìn)氣量。當然,過(guò)低的進(jìn)氣量會(huì )損失有效壓縮比,混合氣在壓縮行程中不能被壓縮達到乙醇的自燃溫度也會(huì )導-6.=70° CA BTD0.18w80° CA BTDC致失火。90° CA ATDC圖3顯示了在缸內殘余廢氣率與過(guò)量空氣系數坐n=l 500 r/min標下的全部試驗工況點(diǎn)。圖3中同時(shí)也給出了燃用汽0951001.051.101.151.201.251.30過(guò)量空氣系數油時(shí)的爆震極限。缸內殘余廢氣率(F-,)是根據排a)nvo=80° CA ATDO溫的測量值和排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻的缸內壓力值計算得到,詳細的計算方法見(jiàn)參考文獻[13],計算公式為023。.-110 CA BTDC6=100° CA BTDC6.-90° CA BTDOmir t mrweln=l 500 r/min式中:m為每循環(huán)進(jìn)氣質(zhì)量,由進(jìn)氣流量計測得;mhm為每循環(huán)噴油量,由噴油脈寬標定得到;m-為每循環(huán)缸內殘余廢氣質(zhì)量,可由理想氣體狀態(tài)方程pEvc0.vc=m- dual REY求得。從圖3中可以看出,當殘余廢氣率等于50%左右中國煤化工1.151.201.25時(shí),乙醇燃料可以在最稀的空燃比下被壓燃。隨著(zhù)缸CNMH(數內殘余廢氣率的增加,稀燃稀限顯著(zhù)下降,這說(shuō)明缸內b)8vc=95° CA ATDC殘余廢氣的增加嚴重惡化了燃燒過(guò)程。然而,與汽油圖4過(guò)量空氣系數和氣門(mén)相位對IMEP的影響相比在過(guò)量空氣系數等于1附近,乙醇燃料的爆震極Fg4 The effects of lambda and valve timings on IMEP07年1月張巖等:乙醇燃料HCCI發(fā)動(dòng)機燃燒特性研究直接控制每循環(huán)缸內殘余廢氣的量,排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻=70° CA BTDO越提前缸內殘余廢氣量越多,進(jìn)而影響下個(gè)循環(huán)的進(jìn)018氣量,因此缸內殘余廢氣率會(huì )增加,其趨勢可以從圖90°CABTn=1 500 r/min中看出。另外,進(jìn)氣門(mén)相位的變化對缸內殘余廢氣百s016分比影響不是很大,所以進(jìn)氣門(mén)相位也對IMEP影響較小。正是缸內殘余廢氣率與空燃比的共同作用影響了著(zhù)火時(shí)刻和燃燒持續期,同時(shí)對IMEP也產(chǎn)生影響0.12定在圖5中還可以看出,當氣門(mén)相位和轉速都恒0.10時(shí),缸內殘余廢氣率會(huì )隨著(zhù)混合氣變稀而降低。在試0951.001051.101,201.251.30驗中,空燃比的改變是通過(guò)調整噴油脈寬來(lái)實(shí)現的,因a)6no=80° CA ATDC此,在其它條件和參數都不變的情況下,僅僅改變空燃0.20比,每循環(huán)的進(jìn)氣量(如圖6所示)和缸內殘余廢氣量06=110幾乎不變。當混合氣變稀時(shí),上循環(huán)殘留在缸內的未0.180vo=100CARDC參與燃燒的空氣量增加,這就使得這個(gè)循環(huán)的殘余廢0.16月=1500r/min氣量在整個(gè)混合氣中的比例下降,從而缸內殘余廢氣圳0.4率就降低了。80BEvC-70 CA BTDC0.10095100105L.101.151.201.26vc=90° CA BTDC8~哥n=1 500 r/minb)6vc=95° CA ATDC圖6過(guò)量空氣系數和氣門(mén)相位對進(jìn)氣流量的影響Fig. 6 The effects of lambda and valve timingsmass flow0.951.001051.101.151.201.251.30道后與空氣混合形成均質(zhì)混合氣,并被吸入氣缸內,在過(guò)量空氣系數壓縮行程中混合氣被進(jìn)一步加熱,直到上止點(diǎn)附近發(fā)a)6vo=80° CA ATDC生自燃。因此,HCI發(fā)動(dòng)機的著(zhù)火時(shí)刻完全依賴(lài)于混合氣的濃度,壓縮過(guò)程中的溫度、壓力歷程以及其特定800-n0=ll0° CA BTDO燃油、空氣和廢氣三者組成的混合氣所經(jīng)歷的低溫化1v0=100° CA BTDC學(xué)反應過(guò)程。6mo=90° CA BTDC=1500r/min目前,對燃燒始點(diǎn)的定義各有不同,文獻[14]認為:燃燒始點(diǎn)可以用燃燒時(shí)的缸壓曲線(xiàn)與倒拖時(shí)的壓力曲線(xiàn)在壓縮行程中的一個(gè)脫離點(diǎn)來(lái)定義。圖7對比了在2000r/min時(shí)乙醇HCCI燃燒與純空氣倒拖時(shí)的示功圖?？梢钥闯鲋?zhù)火與倒拖的缸壓曲線(xiàn)脫離點(diǎn)距0951001.051.101.151.201.25壓縮上止點(diǎn)很遠,顯然不是燃燒始點(diǎn)。這是由于HCCI過(guò)量空氣系數發(fā)動(dòng)機在壓縮行程從進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉到壓燃著(zhù)火這一階段6xvc=95° CA ATDC內,缸內混合氣為新鮮均質(zhì)充量及上循環(huán)缸內殘余的圖5過(guò)量空氣系數和氣門(mén)相位對缸內廢氣的混合氣,此時(shí)工質(zhì)熱容比較大,壓縮時(shí)壓力升高殘余廢氣率的影響得比較慢,而倒拖時(shí)缸內工質(zhì)為純空氣,可以近似理Fig. 5 The effects of lambda and valve timings解為中國煤化工氣體絕熱壓縮過(guò)程相似CNMHG另外一種定義燃燒始點(diǎn)的方法是,采用一個(gè)循環(huán)2.3蓍火時(shí)刻與燃燒持續期內缸內燃料燃燒了一個(gè)百分數時(shí)的曲軸轉角作為燃燒在進(jìn)氣道噴射的HCCI發(fā)動(dòng)機上,燃料噴入進(jìn)氣始點(diǎn)。內燃機學(xué)報第25卷第1期從圖8中還可以發(fā)現一個(gè)有趣的現象,轉速在1000r/min和1500r/min時(shí),著(zhù)火時(shí)刻隨排氣門(mén)的早關(guān)而提前,而當轉速到2000/min和2500r/min時(shí)著(zhù)火時(shí)刻隨排氣門(mén)早關(guān)而推后。由此可見(jiàn)缸內廢氣作用的兩重性,即在加熱新鮮充量的同時(shí),廢氣自身的比熱容比較大,與新鮮充量混合后使混合氣的熱容值上升,在壓縮行程中,混合氣溫度升高速率會(huì )變慢,達到著(zhù)火溫度的時(shí)刻也會(huì )延遲。因此,缸內殘余廢氣的加150曲軸轉角/CA熱與吸熱作用是同時(shí)存在,并相互抑制的,隨殘余廢氣圖7HCCI與倒拖缸內壓力曲線(xiàn)對比率的變化其中一種作用會(huì )變得比較明顯。在缸內殘余Fig 7 In-cylinder pressure curves of HCCI combustio廢氣率較低時(shí),加熱作用比較明顯;當缸內殘余廢氣率and motored operation升高后,吸熱作用開(kāi)始逐漸上升到主導地位。這種現象可以從圖9的放熱率曲線(xiàn)中更加清晰地看出。當發(fā)通過(guò)廢氣加熱新鮮充量實(shí)現HCCI的燃燒過(guò)程分動(dòng)機以1000r/min的轉速運行時(shí),隨著(zhù)排氣門(mén)關(guān)閉角為兩個(gè)階段:低溫放熱階段和高溫放熱階段。而從的提前,缸內殘余廢氣率升高,著(zhù)火時(shí)刻也相應提前。缸內壓力計算得到的燃燒了10%的燃料時(shí)的曲軸轉然而,當轉速升至1500r/min時(shí),著(zhù)火時(shí)刻隨排氣廣角,記為CA10,正好是處于低溫放熱結束和高溫放熱相位提前而提前的想象已經(jīng)不是很明顯,雖然Bvc=開(kāi)始的時(shí)刻。與CAl和CA5相比,CA10具有波動(dòng)小80 CA BTDC時(shí)的放熱率曲線(xiàn)要高于v=90CABT的特點(diǎn),因此,本文選用它作為燃燒始點(diǎn)。DC時(shí),但后者放熱卻開(kāi)始得早。到發(fā)動(dòng)機轉速升高到圖8顯示了氣門(mén)相位和空燃比對著(zhù)火時(shí)刻的影2000r/min時(shí),情況已經(jīng)與1000/min時(shí)完全相反。響?？梢钥闯?在給定的進(jìn)排氣門(mén)相位角和轉速下,隨著(zhù)過(guò)量空氣系數中的增加,著(zhù)火時(shí)刻滯后,這是由于n=l 500 r/minHCCI燃燒方式具有多點(diǎn)同時(shí)著(zhù)火的特性,混合氣濃度n=2000r/mi越稀燃燒溫度越低,廢氣的加熱作用減小,因此著(zhù)火也就越推遲;在相同φ,下,隨著(zhù)轉速的升高,著(zhù)火時(shí)刻提前,這是由于轉速升高后,每循環(huán)進(jìn)氣量減少,缸內殘余廢氣百分比上升,另外,高速時(shí)的散熱量也減小,在壓縮行程混合氣更容易提前達到自燃溫度。這也充分說(shuō)明了上一循環(huán)殘留在缸內的廢氣加熱作用是15-10-50510152十分明顯。曲軸轉角/°CAe.=90° CA BTDOno=80° CA ATDC圖9轉速和氣門(mén)相位對放熱率的影響=1500r/mFig 9 The effects of speed and valve timingsn=1000 r/minheat release rate圖10顯示了缸內殘余廢氣率隨轉速上升的趨勢,n=2 500 r/min因為在固定的氣門(mén)相位下,轉速增加,每循環(huán)有效進(jìn)排氣時(shí)間會(huì )減少,導致充氣效率下降,殘余廢氣率上升;過(guò)量空氣系數同時(shí)當一密葉隨著(zhù)排氣門(mén)早關(guān),氣·一c-70° CA BTDC“c=80° CA BTDC門(mén)重中國煤某化工氣率上升。因此,基6vc-90° CA BTDCe=80° CA ATDOCNMH實(shí)現HCI燃燒,可以圖8過(guò)量空氣系數和氣門(mén)相位對CA10的影響通過(guò)調整排氣門(mén)相位控制內部EGR的多少,來(lái)達到控Fig 8 The effects of lambda and valve timings制著(zhù)火時(shí)刻的目的。200年1月張巖等:乙醇燃料HccI發(fā)動(dòng)機燃燒特性研究35力平均值的比值。它是度量燃燒循環(huán)變動(dòng)的一個(gè)重要參數。COV的計算表達式為趙長(cháng)x100%6u-70° CA BTDO6.-80° CA BTDC合6r=90° CA BTDC式中:wp為平均指示壓力的標準偏差;Pwp為平均指6.-80° CA ATDC示壓力的平均值10001500200025003000從整體上看,在大多數試驗工況點(diǎn)下, COV在轉速/r/min10%以下。如圖12所示,在固定的轉速下,COvw隨圖10轉速和氣門(mén)相位對缸內殘余廢氣的影響過(guò)量空氣系數的改變略有上升,只是在稀邊界上迅速Fig 10 The effects of speed and valve上升,其原因歸咎于稀混合氣及缸內殘余廢氣導致的著(zhù)火時(shí)刻的滯后和燃燒速率的下降。從圖12中還可看到,COV隨轉速變化明顯,轉速升高, COV也燃燒持續期(CA10~CA90)定義為10%燃料燃燒到90%燃料燃燒所經(jīng)歷的曲軸轉角。圖1主要分析升高。這是由于當轉速升高后,缸內殘余廢氣增加,很容易發(fā)生溫度、壓力及濃度的不均勻,使著(zhù)火時(shí)刻和放了不同排氣門(mén)相位及空燃比對燃燒持續期的影響?？蔁崴俾拾l(fā)生變化導致缸內壓力發(fā)生波動(dòng),COVw迅以看出,燃燒持續期同時(shí)受到缸內殘余廢氣率及空燃比的控制。在固定的氣門(mén)相位及轉速下,隨中的增速升高。加,混合氣濃度變稀,燃燒過(guò)程中缸內溫度降低,使燃燒速率下降,燃燒持續期延長(cháng);在過(guò)量空氣系數為1附近時(shí),當轉速升高、排氣門(mén)早關(guān),缸內殘余廢氣率從58%升高到75%,燃燒持續期也從4.8°CA上升到r/ min78CA因此,缸內殘余廢氣率和空燃比的共同作用-o-n=2 000 r/ minLA-n=l r/min決定了缸內混合氣燃燒溫度及燃燒速率,同時(shí)控制了燃燒持續期的長(cháng)短。0.951.001.051.00L.151.201.25過(guò)量空氣系數圖12過(guò)量空氣系數對循環(huán)變動(dòng)的影響n(yōu)=2000r/Fig 12 The effect of lambda on COV,n=1500 r/min-o-B-80CA BTDC3結論b.=90° CA BTDOOn-80° CA ATDC(1)乙醇燃料HCCI發(fā)動(dòng)機運行工況范圍受爆震、換氣過(guò)程和失火的控制。t量空氣系數(2)乙醇燃料可以在較稀的混合氣濃度下實(shí)現圖11過(guò)量空氣系數對燃燒持續期的影響HCCI燃燒,并且使HCCI可運行工況范圍向著(zhù)高速Fig 11 The effect of lambda on combustion duration拓展。(3)乙醇燃料HCI發(fā)動(dòng)機的著(zhù)火時(shí)刻和燃燒2.4燃燒循環(huán)變動(dòng)持續期依賴(lài)于氣門(mén)相位、轉速和過(guò)量空氣系數。燃燒循環(huán)變動(dòng)是由于混合氣濃度和溫度分布的不kC動(dòng)機的循環(huán)變動(dòng)受轉速均勻,使燃料的燃燒速度和完全燃燒的程度受到影響中國煤化工然比范圍內,過(guò)量空氣導致缸內壓力出現波動(dòng)。在傳統的火花點(diǎn)火(S)發(fā)動(dòng)系數CNMHG不大。機上,通常在小負荷和高稀釋情況下循環(huán)變動(dòng)較大平均指示壓力變動(dòng)系數(COVw, Coefficient o參考文獻:Variation)是平均指示壓力的標準偏差與平均指示壓1) Onishi s, Hong Jo S, Shoda K,etl. Active Thermo-At內燃機學(xué)報第25卷第1期mosphere Combustion(ATAC)-A New Combustion Process20014013608,2001for Intemal Combustion Engines[C]. SAE Paper 790501, [10] Zhao F, Asmus T, Assanis D, et al. Homogeneous Charge1979Compression Ignition Engines: Key Research[2] Noguchi M, Tanaka Y, Tanaka T, et al. A Study on Gaso-ment Issues[M]. Warrendale PA: Society of Automotiveline Engine Combustion by Observation of Intermediate Re-Engineers, 2003, 241-242active Products during Combustion[ C]. SAE Paper 790840, [11] Dec J. A Computational Study of the Effect of Low FuelLoading and EGR on Heat Release Rates and Combustion[3] Najt P, Foster D E. Compression-Ignited HomogeneousLimits in HCCI Engines[C]. SAE Paper 2002-01-1309Charge Combustion[ C]. SAE Paper 830264, 19832002.[4] Thring R H. Homogenous Charge Compression Ignition [12] Bhave A, Kraft M, Mauss F, et al. Evaluating the EGR( HCCI)Engines[C]. SAE Paper 892068, 1989AFR Operating Range of a HCCI Engine[ C]. SAE Paper[5] Cairns A, Blaxill H. The Effects of Combined Internal and2005010161,2005External Exhaust Gas Recirculation on Gasoline Controlled [13] He B Q, Xie H, Zhang Y, et al. An Experimental StudyAuto-Igmition[C]. SAE Paper 2005-01-0133, 200on HCCI Combustion in a Four-Stroke Gasoline Engine with[6] lida N. Combustion Analysis of Methanol-Fuelled ActiveReduced Valve Lift Operations[C]. SAE Paper 2005-01Thermo-Atmosphere Combustion ATAC Engine Using3736,2005Spectroscopic Observation[ C]. SAE Paper 940684, 1994. [14] Milovanovic N, Chen R, Tumer J. Influence of the Varia[7 Christensen M, Johansson B. Influence of Mixture Qualityble Valve Timing Strategy on the Control of a Homogenon Homogenous Charge Compression Ignition[ C]. SAE Pa-Charge Compression (HCCI )Engine [C]. SAE Paperper982454,1998200401-1899,2004[ 8] Oakley A, Zhao H, Ladommatos N. Dilution Effects on the [15] Heywood J B. Intemal Combustion Engine FundamentalsControlled Auto-Ignition( CAl)Combustion of Hydrocarbon[M]. New York McGraw-Hill Book Companynd Alcohol Fuels[C]. SAE Paper 2001-01-3606, 2001[9] LiJ, Zhao H, Ladommatos N, et al. Research and Develop- [16] Qin Xie H, Zhang Y, et al. A Combustion Heat Releasement of Controlled Auto-Ignition( CAI)Combustion in a 4Correlation for CAl Combustion Simulation in 4-Stroke Gas-Stroke Multi-Cylinder Gasoline Engine [C]. SAE Paperoline Engines[ C]. SAE Paper 2005-01-0183, 2005.中國煤化工CNMHG