论文摘要
伴随节能减排的巨大压力，均质充量压缩着火（Homogeneous Charge CompressionIgnition，HCCI）以其出色的表现得到广大科技工作者的肯定。与普通柴油机不同，HCCI发动机以均质混合气的方式进行压缩自燃，气缸内无明显的火焰传播。进气门关闭时，气缸内被认为是均质混合气，因此不存在局部混合气过浓而导致燃烧后NOx和PM极高的现象，因此而成为内燃机界的研究重点。均质压燃的燃烧受化学反应动力学的控制，已被公认接受。因此，在应用过程中存在的燃烧始点难以控制和运行范围过窄等问题亟待解决。为了解决燃烧相位的控制和拓展运行范围的问题，本研究团队提出一种在线的燃料改质系统。该系统主要由在气缸盖上建立的独立可控的改质室及其驱动机构组成，改质室与主气缸由独立可控的阀门连接。阀门在燃烧过程中一直处于开启状态，待燃烧完成后阀门关闭，截取部分燃后气体在改质室内，向其中喷入改质燃料发生改质反应，在下循环适当时刻将改质产物加入主缸内。由于改质产物中含有大量活性物质，主要包括H2、CO、H、O、OH等，这些物质对于着火控制有着决定性作用，因此通过阀门开启的时刻控制，可以有效地将其受化学反应动力学的控制转化为受机械运动的控制，从而解决燃烧相位的控制和运行范围的拓展问题。本文应用CHEMKIN软件建立了在线燃料改质模型，进行了燃料改质的燃烧数值模拟。结果发现，在改质反应的产物中，以H2对主缸内混合气的着火和燃烧的影响效果最为明显，因此本文将H2的产量作为优化改质系统参数的目标。另外，在改质反应的产物中，含有CO、O、H等活性基，但其改质效果不如H2明显。通过优化改质室体积、截留相位、改质相位等参数，以实现改质系统的最优化。最后，结果表明，燃料在线改质系统在保持较高热效率的前提下，对拓展低温和高转速运行范围有很明显的效果。因此，由于改质气体的加入，燃烧相位可以得到精确的控制，同时也能在一定程度上拓展HCCI发动机的运行范围，使其有更加稳定的运行状态和更宽广的运行范围。