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中文摘要
低温燃烧(LTC)在中低负荷下具有实现高效清洁燃烧的潜力,成为研究焦点。
燃烧全历程提高混合速率的实现是新概念燃烧研究的核心。控制缸内燃烧温度是
实现低温燃烧的关键所在。本文从缸内状态(温度、密度和氧浓度)控制和燃油
控制出发,以实现清洁高效柴油燃烧过程为目标,采用数值模拟和试验相结合的
方法,对新概念燃烧条件下影响混合率和化学反应率的因素进行了探索。得到以
下主要结论:
增大充量密度,降低了全局燃氧当量比,能有效地改善燃氧混合率,提高化
学反应率,进一步促进了燃烧后期的混合速率,加快了燃烧后期的 UHC 氧化和
CO 向 CO2 转化的程度,缩短燃烧持续期,有利于提高发动机的指示热效率。充
量密度作为温度、压力、混合气成分等的综合因素,与废气再循环(EGR)一样
可以增加工质的总热容,降低缸内平均温度,有利于降低 NOx 排放,减少对高
EGR 率的依赖。进气门晚关降低了有效压缩比,能在最高缸压不超过发动机的
极限压力时进一步增加充量密度;进气门晚关降低了压缩温度和燃烧温度,有利
于降低 NOx 排放。但是,高充量密度带来的高的氧气质量和快的燃烧速率会使
得局部燃烧温度过高,有利于生成 NOx 排放,因此必须辅以适当的 EGR 率。降
低氧浓度对 NOx 排放的作用高于提高充量密度。基于高充量密度、适当氧浓度
和进气门晚关三种技术,本文提出了高密度-低温燃烧(H Density-LTC)和燃烧路
径控制策略。高密度-低温燃烧在实现低排放的同时,提高了指示热效率,具有
在欧 5 排放水平下取消或简化后处理器的潜力。
典型低温燃烧采用大于 60%的 EGR 率,低于 15%的氧浓度,能够同时降低
碳烟和 NOx 排放,但 CO 和 UHC 排放很高,燃烧效率低,指示热效率低,只适
用中低负荷。高 EGR 率抑制了燃烧温度,有利于抑制碳烟生成,这是典型低温
燃烧降低碳烟排放的机理。高、满负荷下,高充量密度增强了燃烧全程的混合速
率,有利于降低碳烟的生成率和提高氧化率,从而实现超低碳烟排放。
单次喷油模式,喷油定时和 EGR 率可以控制着火延迟期和预混合气的形成,
从而控制燃烧放热率。EGR 可以推迟着火时刻,优化混合时间, 降低燃烧速度,
拓宽 PCCI 燃烧的负荷范围,降低 NOx 排放。在较高负荷下,单次喷油相比,多
次喷油策略耦合高 EGR 率和进气增压实现的 PCCI 燃烧,更有利于形成稀且均
匀的混合气,在降低排放和提高热效率上有明显的优势。
关键词:低温燃烧混合速率化学反应率进气增压充量密度氧浓度 EGR 率
进气门晚关排放指示热效率燃烧路径预混燃烧数值模拟
ABSTRACT
Low bustion has the potential to achieve clean and high
bustion at low and medium loads, and has attracted more and more
attention in recent years. Therefore, achieving sufficiently rapid fuel-air mixing rates
throughout the bustion history is the key technology to achieve new
bustion. In-cylinder temperature control is crucial to realize LTC. Based
on the in-cylinder charge c