生物丁醇汽油燃料發動機低溫燃燒特性的基礎研究

《生物丁醇汽油燃料發動機低溫燃燒特性的基礎研究》是依託天津大學，由何邦全擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：生物丁醇汽油燃料發動機低溫燃燒特性的基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何邦全
• 依託單位：天津大學

項目摘要

本項目以使用理論空燃比混合氣的生物丁醇(正丁醇)汽油燃料均質充量壓縮著火(HCCI)發動機低溫燃燒特性為研究對象，採用試驗與數值模擬相結合的方法，在單缸發動機上研究缸內混合氣初始分布狀態對低溫燃燒特性的影響；利用缸內部分氣體快速取樣和傅立葉變換多組份氣體分析儀線上分析方法，研究HCCI發動機低溫燃燒階段中間活性基團的發展歷程，建立控制HCCI發動機低溫燃燒特性的主要基元反應；利用雷射誘導螢光法，在可視化發動機上量化研究生物丁醇-異辛烷混合氣濃度和溫度分布場，建立缸內混合氣分布不均勻性與HCCI發動機低溫燃燒特性之間的關係。研究目標在於：通過進、排氣門相位和升程控制策略對缸內混合氣分布特性的調節作用，揭示缸內混合氣分布不均勻性影響生物丁醇汽油HCCI發動機低溫燃燒機理；通過缸內活性燃燒中間產物生成規律的分析，闡明生物丁醇汽油HCCI發動機低溫燃燒作用機制，為HCCI發動機的開發奠定理論基礎。

結題摘要

在單缸發動機上研究了正丁醇-汽油HCCI發動機燃燒與排放特性和HCCI著火時刻的控制方式。結果表明，在相同的進、排氣門相位和升程下，隨著正丁醇含量的增加，正丁醇-汽油HCCI發動機著火時刻提前，最大壓升率增加。排氣門早關或過量空氣係數增加均可以降低最大壓升率，但IMEP降低。增加過量空氣係數和推遲排氣門相位的協同控制方式，不但可以推遲正丁醇HCCI發動機的著火時刻，降低最大壓升率，還能提高指示熱效率。在相同的IMEP下，正丁醇HCCI發動機的乙醛排放比甲醛大。 利用缸內部分氣體取樣和模擬相結合的方法研究了正丁醇和異辛烷HCCI發動機低溫氧化歷程及其主要生成路徑。結果表明，在正丁醇低溫氧化階段，C2H4、C3H6和C2H2的生成和消耗時刻比異辛烷的早，與此相對應的缸內溫度也比異辛烷的低。在正丁醇低溫氧化階段，55.3%的C2H4來源於正丁醇 α位C原子上的脫氫反應路徑。而在異辛烷低溫氧化階段， 66.8%的C3H6來源於iC4H9的裂解。 利用Chemkin軟體，構成了正丁醇-汽油替代物的簡化反應機理，並模擬了影響正丁醇-汽油HCCI發動機著火過程的關鍵反應路徑和反應機理。結果表明，與汽油替代物相比，正丁醇在低溫階段脫氫反應的路徑多，生成的羥基(OH)量多，這是隨著正丁醇含量的增加，正丁醇-汽油HCCI發動機著火時刻提前的主要原因。 利用三維CFD耦合正丁醇-汽油替代物的簡化化學反應機理的方法，模擬研究了在不同混合氣形成方式下正丁醇-汽油發動機低溫燃燒特性。結果表明，在進氣道噴射汽油形成均質混合氣，缸內噴射正丁醇的混合氣形成方式下，在噴油量和正丁醇比例一定時，推遲正丁醇的噴油時刻，發動機的著火時刻推遲，燃燒持續期增加。在缸內噴射正丁醇-汽油混合燃料時，第二次噴油比例對發動機放熱過程的調控作用比改變第二次噴油時刻的大；增加第二次噴油比例或推遲第二次噴油時刻均能降低發動機的壓力升高率，但在第二次噴油時刻較早的情況下，IMEP下降幅度較小。