文档介绍：1
主讲人:尧命发
第八章:均质压燃(HCCI)燃烧反应
2011年5月
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室
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本章内容
3、均质压燃燃烧反应动力学机理
1、均质压燃的燃烧特性
2、燃烧化学反应动力学基础
4、简化机理构造
5、均质压燃动力学模型
6、总结
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柴油机燃烧特性
柴油机属于燃料喷雾扩散燃烧,依靠发动机活塞压缩到接近终点时的高温使混合气自燃着火。由于喷雾与空气的混合时间很短,燃料与空气的混合严重不均匀,形成了高温火焰区和高温过浓区。
柴油机
(压燃)
燃油分布
扩散燃烧
liquid core
~350K
rich fuel/air mixture
(=2 to 4)
bustion
(~1700K)
soot growth & coagulation
stoich fuel/air mixture
diffusion flame
(~2500K)
fuel evaporation
~750K
end pression
~900K
~40 bar
formation of soot precursors & soot
partial soot oxidation
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由预混合燃烧和扩散燃烧两阶段;两阶段燃烧比例影响发动机性能、排放和振动噪声;
非均质扩散燃烧,浓度场和温度场不均匀是排放生成根本原因;过浓高温区生成碳烟、当量比接近1的高温燃烧区生成NOx、过稀区和壁面淬熄区是HC和CO的主要来源;
燃烧可直接控制:喷油时刻控制燃烧时刻,燃油与空气混合速率控制燃烧速率。
在机内排放控制技术上,主要是改进燃油与空气混合,减少缸内不均匀性,降低过高的燃烧温度,柴油机微粒和Nox排放是关键。
柴油机燃烧特性总结
NOx生成区
微粒生成区
燃料射流
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降低柴油机排放的技术
燃油喷射系统:高喷射压力、灵活喷油控制
空气系统:EGR、现代增压技术
控制技术:燃烧模式控制、基于模型控制、控制策略
需要减少对后处理器的依赖,解决排放问题同时,提高热效率
EGR
PM
[g/kWh]
NOx
[g/kWh]
Euro 3
Euro 5
SCR
Adv. engine
SCR
Partikelfilter
EGR
Partikelfilter
EURO 4
EURO 5
EGR
adv. combustion process
0
2
3,5
5
0,02
1,0
Euro 4
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火花点燃式发动机燃烧特性
汽油机
(火花点火)
火焰传播
均质混合
湍流控制燃烧过程,湍流强度和混合气成分控制着火和火焰传播
Nox主要生成于火焰前锋面高温区,由于存在火焰传播导致温度场不均匀大量生成NOx; HC主要生成于火焰淬熄区、压缩余隙、燃烧室壁面附近、活塞环容积等区域;CO生成于火焰淬熄区
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火花点燃式发动机燃烧特性总结
均质点燃,火花塞点火时刻控制燃烧时刻、火焰传播速度控制燃烧速度;
低压缩比,节气门,热效率低;
湍流强度影响着火和燃烧;
循环波动大
当量比为1的燃烧过程,火焰前锋温度高,温度不均匀,Nox生产多,壁面附近、压缩余隙、剧面HC和CO排放高。
主要目标提高热效率
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提高汽油机热效率途径
分层燃烧(Stratified-charge)、稀燃
缸内直喷(Direct-Injection Spark Ignition, DISI),提高汽油机热效率10-12%。
增压技术(Down Sizing)、VVT技术
燃烧控制技术、闭环控制,燃烧模式控制-I
稀Nox还原是最大难题;DISI同样会导致PM排放。
汽油机经常运行于部分负荷和中低速工况,解决汽车常用工况油耗问题是重点。
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HCCI的提出
是满足未来高效、清洁燃烧发动机需要(能源与环境驱动),是满足未来排放和燃油经济性法规的必须的燃烧技术。
是内燃机燃烧理论研究及现代内燃机技术发展的必然目标(理论与技术发展)。
柴油机(传统压燃式发动机): 降低微粒和NOX排放
汽油机(火花点燃式发动机): 提高热效率
均质压燃发动机: 高热效率、低Nox排放、无碳碳烟排放
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HCCI燃烧过程