《低辛烷值汽油類燃料多段可控壓燃模式的基礎研究》是依託清華大學，由帥石金擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低辛烷值汽油類燃料多段可控壓燃模式的基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：帥石金
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
原油蒸餾和二次加工過程中產生的石腦油和油氣田開採過程中產生的凝析油屬於低碳汽油類液態輕烴，常用作重整汽油和裂化乙烯的原料。本項目針對這類燃料辛烷值低且揮發性高的特性，提出一種缸內直噴多段可控壓燃（MCCI）的新型燃燒模式。MCCI模式的最大特點是按照噴油-燃燒-噴油-燃燒多段交替模式組織燃燒過程,且每次噴油之後的燃燒儘可能接近預混合燃燒，通過調節噴油次數和噴油比例等來控制燃燒放熱速率，從而實現發動機可控的高效清潔燃燒。本項目重點研究適合MCCI模式的石腦油和凝析油的主要組分構成及其理化特性要求、噴霧形態和缸內多段預混合氣形成機制與控制策略，以及在MCCI燃燒模式下的燃燒放熱規律和有害物生成機理等。研究工作既可以為低成本且資源充足的石腦油和凝析油找到在內燃機上直接地高效清潔利用途徑，又可以為申請者提出的新型MCCI燃燒模式提供理論依據，豐富內燃機燃燒理論。
結題摘要
汽油壓燃（GCI）模式較傳統汽油火花點燃（GSI）模式能夠大幅提高熱效率，同時較傳統柴油壓燃（DCI）模式可獲得較低的NOx和碳煙排放，是一種理想的內燃機燃燒模式。本項目通過發動機台架試驗、光學可視化、數值模擬等方法，對低辛烷值汽油類燃料壓燃模式進行了系統深入的基礎研究，給出了石腦油、凝析油和汽柴油等低辛烷值燃料的理化特性，提出了一種全新的汽油多段預混壓燃（MPCI）模式，揭示了低辛烷值燃料壓燃的混合氣形成以及燃燒和化學反應機理，並在發動機台架上展示了低辛烷值燃料MPCI所具有的熱效率高、碳煙和氮氧化物排放低的優勢，為汽油壓燃模式在未來發動機的高效清潔套用提供了理論支撐，並豐富了內燃機的燃料噴霧燃燒理論。 本項目取得的具體研究成果如下： （1）分析測試了典型的低辛烷值汽油燃料石腦油和凝析油的組分和理化特性，同時在熱力學單缸機上對比分析了不同辛烷值燃料的燃燒和排放特性，提出了汽油直噴壓燃（GDCI）發動機對燃料著火特性的要求。 （2）在定容燃燒彈上對比石腦油、汽油、柴油三種燃料在高背溫高背壓條件下的巨觀噴霧特徵包括貫穿距、噴霧錐角等，同時採用消光法和雷射誘導熾光法對比石腦油和柴油的燃燒及碳煙生成特性，揭示了汽油類燃料噴霧形態及自燃著火機理。 （3）在熱力學單缸機上對比分析了不同壓燃模式的燃燒和排放結果，提出了GDCI發動機寬工況範圍內低辛烷值燃料的燃燒控制策略，以此為依據在一台四缸壓燃發動機上對比分析了低辛烷值燃料和柴油的燃燒排放特性。 （4）採用KIVA-3V進行多維數值模擬解析壓燃過程的混合氣形成、火焰傳播、燃燒放熱過程，揭示了GDCI發動機多段預混壓燃（MPCI）的混合氣形成及燃燒機理。 （5）構建石腦油表征燃料，在快速壓縮機上對比石腦油及其表征燃料的著火特性，研究了GDCI發動機燃料的自燃特性。 （6）採用CHEMKIN和詳細化學反應機理模擬表征燃料著火過程，分析重要反應路徑，並以此為基礎構建石腦油表征燃料簡化機理，以及GDCI發動機燃料自燃詳細化學反應機理。
