第25卷(2007)第1期內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)Transactions of CSICEVol.25(2007)No.1文章編號(hào):1000-0909(2007)01-0030-0725005乙醇燃料HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性研究張巖,何邦全,謝輝,趙華(天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300072)摘要:應(yīng)用調(diào)整進(jìn)排氣門相位控制缸內(nèi)殘余廢氣率策略,在 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴射單缸試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了無水乙醇燃料的均質(zhì)壓燃,獲得了運(yùn)行工況范圍,并分析研究了空燃比、轉(zhuǎn)速和氣門相位對(duì)乙醇燃料均質(zhì)壓燃的燃燒特性。結(jié)果表明:乙醇燃料的均質(zhì)壓燃的可運(yùn)行范圍仍然受到爆震、換氣過程及失火的限制,但在高速及稀燃區(qū)域得到拓展;其著火時(shí)刻及燃燒持續(xù)期依賴于氣門定時(shí)、空燃比及轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞:均質(zhì)壓燃;乙醇;燃燒;汽油機(jī)中圖分類號(hào):TK411.29文獻(xiàn)標(biāo)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問題引言從上世紀(jì)20年代開始,代用燃料的概念就被提均質(zhì)充量壓縮著火(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,有著不同于傳統(tǒng)汽油機(jī)及柴油機(jī)的燃燒限性并隨著人們的開采和利用而日益減少,如今代用過程。工作于HCCI燃燒模式的發(fā)動(dòng)機(jī)(HCCI發(fā)動(dòng)燃料(特別是可再生燃料)已受到國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)界的機(jī))在進(jìn)氣和壓縮行程中形成均質(zhì)混合氣,當(dāng)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(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)均質(zhì)混合氣被壓縮產(chǎn)生自燃著火。性好等特點(diǎn)。研究表明乙醇是實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒的理想HCI燃然燒模式可大大提高汽油機(jī)部分負(fù)荷時(shí)的燃油燃料之一,但是基于內(nèi)部廢氣再循環(huán)策略下的乙醇經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)在無催化器的條件下顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)的HCl發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒研究開展得還比較少。為此,本文NO,排放2。HCI發(fā)動(dòng)機(jī)集成了傳統(tǒng)火花點(diǎn)燃式在 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)上通過內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)及壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是新一代內(nèi)燃部廢氣再循環(huán)的方法研究空燃比、轉(zhuǎn)速和氣門定時(shí)對(duì)機(jī)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(jī)有著誘人的前景但HCl發(fā)動(dòng)料對(duì)中國(guó)煤化工燃燒特性的影響,更機(jī)還存在著火時(shí)刻控制困難、運(yùn)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(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項(xiàng)目(2001CB209204);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)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(jī)燃燒特性研究試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)過程空燃比的精確控制。在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),用奇石樂6125B壓電晶體傳感器配合5011B電荷放大器連續(xù)采集100試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴個(gè)循環(huán)的缸內(nèi)壓力,并求出其平均值,用于分析。同射單缸試驗(yàn)機(jī),其具體參數(shù)及試驗(yàn)條件見表1。時(shí),用精度為±1%的渦街流量計(jì)測(cè)量進(jìn)氣流量。為了消除冷卻水和潤(rùn)滑油溫度的差異對(duì)敏感的表1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及試驗(yàn)條件HCCI燃燒造成的影響,試驗(yàn)過程中冷卻水溫和油溫被Tab. 1 Engine specifications and test conditions嚴(yán)格控制在(80±1)℃和(55±1)℃。參數(shù)的值試驗(yàn)時(shí)節(jié)氣門始終保持全開,這大大減小了一直缸徑/mm抑制傳統(tǒng)汽油機(jī)熱效率的泵吸損失。開始試驗(yàn)時(shí),發(fā)行程/mm動(dòng)機(jī)首先由交流電力測(cè)功機(jī)倒拖至一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,并以非量t/mL火花點(diǎn)燃模式使發(fā)動(dòng)機(jī)著火,用于在氣缸內(nèi)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)火系氣門數(shù)統(tǒng),發(fā)動(dòng)機(jī)即可在HCCⅠ模式下穩(wěn)定運(yùn)行。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速/(r/min)<6500測(cè)功機(jī)和噴油脈寬,HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)就可在不同的轉(zhuǎn)速及吸氣方式自然吸氣空燃比下運(yùn)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。使用的燃料為無水乙醇,其純度在99%以上。為了在發(fā)動(dòng)機(jī)上能夠?qū)崿F(xiàn)HCI燃燒原機(jī)的凸2試驗(yàn)結(jié)果及分析輪軸被替換成重新設(shè)計(jì)的小升程和短持續(xù)期凸輪軸,氣門升程曲線及主要參數(shù)見圖1和表2。凸輪軸直接2.1乙醇燃料的HCCI運(yùn)行工況范圍驅(qū)動(dòng)氣門運(yùn)動(dòng)。通過手動(dòng)調(diào)節(jié)正時(shí)齒輪帶與凸輪軸之對(duì)于傳統(tǒng)的汽油和柴油燃料,由于均質(zhì)壓燃多點(diǎn)間的相對(duì)位置,達(dá)到所需的負(fù)氣門重疊角,在氣缸內(nèi)留同時(shí)著火的特性發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí),缸內(nèi)壓力升住足夠的殘余廢氣,控制燃燒過程。高率急劇增加,發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和燃燒噪聲均達(dá)到不可接受的程度。而在低負(fù)荷時(shí),缸內(nèi)燃燒溫度過低,導(dǎo)致2.0CO與HC排放急劇增加,因此,HCIl燃燒的可運(yùn)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(yàn)機(jī)上通過調(diào)整進(jìn)排氣門定時(shí)、轉(zhuǎn)速、空燃比的方法實(shí)現(xiàn)了無水乙醇燃料的均質(zhì)壓燃,并獲得了其運(yùn)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)的過量空氣系數(shù)φ值。排氣門進(jìn)氣門曲軸轉(zhuǎn)角/°CA爆震極限圖1氣門升程曲線換氣極限Fig. 1 valve lift curves=0.993表2進(jìn)排氣凸輪主要設(shè)計(jì)參數(shù)乏出長(zhǎng)1.115Tab 2 Valve design parameters1.292失火極限1.19設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)氣排氣1.389氣門最大升程/mm250030003500中國(guó)煤化工氣門開啟持續(xù)期/°CAl10CNMHG運(yùn)行工況范圍Fig 2 HCCI combustion operating envelope試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與30kW的交流電力測(cè)功機(jī)相連,在of ethanol排氣管上安裝了線性氣傳感器(精度為±1.5%)確保內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)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(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)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(qū)域min時(shí)IMEP的范圍最寬,在1000m/ min imeP達(dá)到最大值0.419MPa,在3000r/ min meP達(dá)到最小值14爆0.059MPa。爆燃的產(chǎn)生是由于放熱過快導(dǎo)致壓力振蕩12。失火的原因是由于缸內(nèi)殘余廢氣率過大混合氣在部分循環(huán)不能著火;同樣,混合氣濃度過稀也是造10爆震極成失火的原因。小升程的凸輪軸使發(fā)動(dòng)機(jī)在高速時(shí)產(chǎn)缸內(nèi)殘余廢氣率/%生換氣極限。圖3缸內(nèi)殘余廢氣率與過量空氣系數(shù)坐標(biāo)雖然乙醇燃料屬于典型的高辛烷值燃料,對(duì)爆震下的全部試驗(yàn)工況點(diǎn)有明顯的抑制作用,但在發(fā)動(dòng)機(jī)的低速高負(fù)荷工況仍Fig 3 RGF-AFR operating range: data points然會(huì)有粗暴的燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生。本文使用兩種方法將HCCI的運(yùn)行工況向小負(fù)荷拓展。一種方法是使用稀混合氣。試驗(yàn)中最稀的混合2.2氣門相位對(duì)MEP的影響氣濃度達(dá)到了過量空氣系數(shù)為1.39。實(shí)際上,在過量IMEP是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)動(dòng)力性能的重要指空氣系數(shù)大于1時(shí),測(cè)量得到的空燃比與缸內(nèi)空燃比標(biāo)。圖4給出了轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)不同進(jìn)排氣門不同,因?yàn)樯涎h(huán)殘留在缸內(nèi)的廢氣中仍然有部分空相位對(duì)MEP的影響。很顯然,當(dāng)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(nèi)會(huì)下降。當(dāng)空燃比一定的時(shí)候排氣門關(guān)閉( Exhaust空燃比要高于排氣管中得出的測(cè)量值。另外,由于殘 Valve closing,VC)時(shí)刻對(duì)MEP的影響作用大于進(jìn)氣余廢氣的稀釋作用,燃燒室內(nèi)混合氣在壓縮達(dá)到自燃門開啟( nlet Valve Opening,vo)時(shí)刻這是因?yàn)镋VC之前,有些區(qū)域的空燃比會(huì)更高。這些區(qū)域內(nèi)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程,也是發(fā)生失火的重要原因。另一種方法是通過調(diào)節(jié)氣門定時(shí)降低每循環(huán)進(jìn)氣量。當(dāng)然,過低的進(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(dá)到乙醇的自燃溫度也會(huì)導(dǎo)-6.=70° CA BTD0.18w80° CA BTDC致失火。90° CA ATDC圖3顯示了在缸內(nèi)殘余廢氣率與過量空氣系數(shù)坐n=l 500 r/min標(biāo)下的全部試驗(yàn)工況點(diǎn)。圖3中同時(shí)也給出了燃用汽0951001.051.101.151.201.251.30過量空氣系數(shù)油時(shí)的爆震極限。缸內(nèi)殘余廢氣率(F-,)是根據(jù)排a)nvo=80° CA ATDO溫的測(cè)量值和排氣門關(guān)閉時(shí)刻的缸內(nèi)壓力值計(jì)算得到,詳細(xì)的計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[13],計(jì)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(jì)測(cè)得;mhm為每循環(huán)噴油量,由噴油脈寬標(biāo)定得到;m-為每循環(huán)缸內(nèi)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(dāng)殘余廢氣率等于50%左右中國(guó)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。隨著缸CNMH(數(shù)內(nèi)殘余廢氣率的增加,稀燃稀限顯著下降,這說明缸內(nèi)b)8vc=95° CA ATDC殘余廢氣的增加嚴(yán)重惡化了燃燒過程。然而,與汽油圖4過量空氣系數(shù)和氣門相位對(duì)IMEP的影響相比在過量空氣系數(shù)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(jī)燃燒特性研究直接控制每循環(huán)缸內(nèi)殘余廢氣的量,排氣門關(guān)閉時(shí)刻=70° CA BTDO越提前缸內(nèi)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(nèi)殘余廢氣率會(huì)增加,其趨勢(shì)可以從圖90°CABTn=1 500 r/min中看出。另外,進(jìn)氣門相位的變化對(duì)缸內(nèi)殘余廢氣百s016分比影響不是很大,所以進(jìn)氣門相位也對(duì)IMEP影響較小。正是缸內(nèi)殘余廢氣率與空燃比的共同作用影響了著火時(shí)刻和燃燒持續(xù)期,同時(shí)對(duì)IMEP也產(chǎn)生影響0.12定在圖5中還可以看出,當(dāng)氣門相位和轉(zhuǎn)速都恒0.10時(shí),缸內(nèi)殘余廢氣率會(huì)隨著混合氣變稀而降低。在試0951.001051.101,201.251.30驗(yàn)中,空燃比的改變是通過調(diào)整噴油脈寬來實(shí)現(xiàn)的,因a)6no=80° CA ATDC此,在其它條件和參數(shù)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(nèi)殘余廢氣量06=110幾乎不變。當(dāng)混合氣變稀時(shí),上循環(huán)殘留在缸內(nèi)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(nèi)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過量空氣系數(shù)和氣門相位對(duì)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(nèi),在過量空氣系數(shù)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(jī)的著火時(shí)刻完全依賴于混合氣的濃度,壓縮過程中的溫度、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(yīng)過程。6mo=90° CA BTDC=1500r/min目前,對(duì)燃燒始點(diǎn)的定義各有不同,文獻(xiàn)[14]認(rèn)為:燃燒始點(diǎn)可以用燃燒時(shí)的缸壓曲線與倒拖時(shí)的壓力曲線在壓縮行程中的一個(gè)脫離點(diǎn)來定義。圖7對(duì)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鹋c倒拖的缸壓曲線脫離點(diǎn)距0951001.051.101.151.201.25壓縮上止點(diǎn)很遠(yuǎn),顯然不是燃燒始點(diǎn)。這是由于HCCI過量空氣系數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮行程從進(jìn)氣門關(guān)閉到壓燃著火這一階段6xvc=95° CA ATDC內(nèi),缸內(nèi)混合氣為新鮮均質(zhì)充量及上循環(huán)缸內(nèi)殘余的圖5過量空氣系數(shù)和氣門相位對(duì)缸內(nèi)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(nèi)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(guó)煤化工氣體絕熱壓縮過程相似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(xù)期內(nèi)缸內(nèi)燃料燃燒了一個(gè)百分?jǐn)?shù)時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角作為燃燒在進(jìn)氣道噴射的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)上,燃料噴入進(jìn)氣始點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)第25卷第1期從圖8中還可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速在1000r/min和1500r/min時(shí),著火時(shí)刻隨排氣門的早關(guān)而提前,而當(dāng)轉(zhuǎn)速到2000/min和2500r/min時(shí)著火時(shí)刻隨排氣門早關(guān)而推后。由此可見缸內(nèi)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(dá)到著火溫度的時(shí)刻也會(huì)延遲。因此,缸內(nèi)殘余廢氣的加150曲軸轉(zhuǎn)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(nèi)壓力曲線對(duì)比率的變化其中一種作用會(huì)變得比較明顯。在缸內(nèi)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(dāng)缸內(nèi)殘余廢氣率and motored operation升高后,吸熱作用開始逐漸上升到主導(dǎo)地位。這種現(xiàn)象可以從圖9的放熱率曲線中更加清晰地看出。當(dāng)發(fā)通過廢氣加熱新鮮充量實(shí)現(xiàn)HCCI的燃燒過程分動(dòng)機(jī)以1000r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),隨著排氣門關(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(nèi)殘余廢氣率升高,著火時(shí)刻也相應(yīng)提前。缸內(nèi)壓力計(jì)算得到的燃燒了10%的燃料時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)然而,當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1500r/min時(shí),著火時(shí)刻隨排氣廣角,記為CA10,正好是處于低溫放熱結(jié)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),但后者放熱卻開始得早。到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高到圖8顯示了氣門相位和空燃比對(duì)著火時(shí)刻的影2000r/min時(shí),情況已經(jīng)與1000/min時(shí)完全相反。響。可以看出,在給定的進(jìn)排氣門相位角和轉(zhuǎn)速下,隨著過量空氣系數(shù)中的增加,著火時(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,因此著火也就越推遲;在相同φ,下,隨著轉(zhuǎn)速的升高,著火時(shí)刻提前,這是由于轉(zhuǎn)速升高后,每循環(huán)進(jìn)氣量減少,缸內(nèi)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(dá)到自燃溫度。這也充分說明了上一循環(huán)殘留在缸內(nèi)的廢氣加熱作用是15-10-50510152十分明顯。曲軸轉(zhuǎn)角/°CAe.=90° CA BTDOno=80° CA ATDC圖9轉(zhuǎn)速和氣門相位對(duì)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(nèi)殘余廢氣率隨轉(zhuǎn)速上升的趨勢(shì),n=2 500 r/min因?yàn)樵诠潭ǖ臍忾T相位下,轉(zhuǎn)速增加,每循環(huán)有效進(jìn)排氣時(shí)間會(huì)減少,導(dǎo)致充氣效率下降,殘余廢氣率上升;過量空氣系數(shù)同時(shí)當(dāng)一密葉隨著排氣門早關(guān),氣·一c-70° CA BTDC“c=80° CA BTDC門重中國(guó)煤某化工氣率上升。因此,基6vc-90° CA BTDCe=80° CA ATDOCNMH實(shí)現(xiàn)HCI燃燒,可以圖8過量空氣系數(shù)和氣門相位對(duì)CA10的影響通過調(diào)整排氣門相位控制內(nèi)部EGR的多少,來達(dá)到控Fig 8 The effects of lambda and valve timings制著火時(shí)刻的目的。200年1月張巖等:乙醇燃料HccI發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)。COV的計(jì)算表達(dá)式為趙長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)試驗(yàn)工況點(diǎn)下, COV在轉(zhuǎn)速/r/min10%以下。如圖12所示,在固定的轉(zhuǎn)速下,COvw隨圖10轉(zhuǎn)速和氣門相位對(duì)缸內(nèi)殘余廢氣的影響過量空氣系數(shù)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(nèi)殘余廢氣導(dǎo)致的著火時(shí)刻的滯后和燃燒速率的下降。從圖12中還可看到,COV隨轉(zhuǎn)速變化明顯,轉(zhuǎn)速升高, COV也燃燒持續(xù)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(zhuǎn)角。圖1主要分析升高。這是由于當(dāng)轉(zhuǎn)速升高后,缸內(nèi)殘余廢氣增加,很容易發(fā)生溫度、壓力及濃度的不均勻,使著火時(shí)刻和放了不同排氣門相位及空燃比對(duì)燃燒持續(xù)期的影響?？蔁崴俾拾l(fā)生變化導(dǎo)致缸內(nèi)壓力發(fā)生波動(dòng),COVw迅以看出,燃燒持續(xù)期同時(shí)受到缸內(nèi)殘余廢氣率及空燃比的控制。在固定的氣門相位及轉(zhuǎn)速下,隨中的增速升高。加,混合氣濃度變稀,燃燒過程中缸內(nèi)溫度降低,使燃燒速率下降,燃燒持續(xù)期延長(zhǎng);在過量空氣系數(shù)為1附近時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)速升高、排氣門早關(guān),缸內(nèi)殘余廢氣率從58%升高到75%,燃燒持續(xù)期也從4.8°CA上升到r/ min78CA因此,缸內(nèi)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(nèi)混合氣燃燒溫度及燃燒速率,同時(shí)控制了燃燒持續(xù)期的長(zhǎng)短。0.951.001.051.00L.151.201.25過量空氣系數(shù)圖12過量空氣系數(shù)對(duì)循環(huán)變動(dòng)的影響n=2000r/Fig 12 The effect of lambda on COV,n=1500 r/min-o-B-80CA BTDC3結(jié)論b.=90° CA BTDOOn-80° CA ATDC(1)乙醇燃料HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況范圍受爆震、換氣過程和失火的控制。t量空氣系數(shù)(2)乙醇燃料可以在較稀的混合氣濃度下實(shí)現(xiàn)圖11過量空氣系數(shù)對(duì)燃燒持續(xù)期的影響HCCI燃燒,并且使HCCI可運(yùn)行工況范圍向著高速Fig 11 The effect of lambda on combustion duration拓展。(3)乙醇燃料HCI發(fā)動(dòng)機(jī)的著火時(shí)刻和燃燒2.4燃燒循環(huán)變動(dòng)持續(xù)期依賴于氣門相位、轉(zhuǎn)速和過量空氣系數(shù)。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(jī)的循環(huán)變動(dòng)受轉(zhuǎn)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(guó)煤化工然比范圍內(nèi),過量空氣導(dǎo)致缸內(nèi)壓力出現(xiàn)波動(dòng)。在傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火(S)發(fā)動(dòng)系數(shù)CNMHG不大。機(jī)上,通常在小負(fù)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(shù)(COVw, Coefficient o參考文獻(xiàn):Variation)是平均指示壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均指示壓1) Onishi s, Hong Jo S, Shoda K,etl. 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