柴油机HCCI压缩过程缸内工质状态的模拟研究.pdfVIP

第6期(总第172期) 车 用 发 动 机 No．6(Serial No．172) 2007年 12月 VEHICLE ENGINE Dec．2007 柴油机HCCI压缩过程缸内工质状态的模拟研究 罗伟欢，熊 锐，张宗法，周伟文 (广东工业大学机电工程学院汽车系，广东广州 510006) 摘要：分析了均质充量压燃(HCCI)的一个技术难点，即燃烧始点的控制，指出其燃烧两阶段性对应着放热的 两阶段性。建立了HCCI柴油机早期缸内燃油喷射的压缩模型，通过对R4102柴油机的模拟计算，获得了压缩过 程缸内_T-质T_户变化历程；从低温放热和高温放热分析了进气温度 、过量空气系数 以及压缩比e。等因素对 HCCI燃烧始点的影响。 关键词：柴油机；均质压燃；燃烧始点；放热；温度；压力；数值模拟 中图分类号：TK421．2 文献标志码：A 文章编号：1001—2222(2007)06—0034—05 均质充量压燃(HCCI)技术的出现，从根本上改 HC和CO排放以及燃油消耗量增加，并且不能通 变了传统柴油机混合气浓度不均匀(特别是理论当 过喷油定时来控制HCCI燃烧的着火时刻；采用缸 量比和浓混合气)、扩散火焰温度高、氮氧化合物 内晚喷技术时，燃料与空气的混合时间短，难以完全 (NO )和碳烟颗粒(PM)排放高的燃烧模式，有效解 形成均匀混合气，特别是在发动机负荷增大、喷油量 决了传统柴油机NO 和PM排放之间的矛盾，达到 增加的情况，限制了发动机的运行工况范围。本研 同时降低NO 和PM排放的目的，并使柴油机具有 究采用缸内燃油早喷的方式，在压缩过程早期进行 良好的热效率和燃油经济性，被认为是未来解决柴 燃油喷射以形成均质混合气，并通过研究压缩过程 油机排放的根本出路之一，已成为近年来内燃机领 缸内工质的T-p变化历程以研究柴油机HCCI燃 域研究的热点。 烧始点的控制。 但是，HCCI技术还存在不少问题，其中一个关 1．1 物理模型 键问题就是燃烧始点的控制 。HCCI燃烧主要 图1为研究系统简图。 受燃油与空气化学反应动力学控制，其着火时刻主 针对缸内早喷的特点，把压 要由燃油性质、缸内温度和压力的变化历程决定，目 缩过程分为喷油前压缩、喷 前，控制HCCI燃烧相位主要从混合气形成和T-P 油及喷油后压缩 3阶段。 变化关系两方面人手 ]。本研究通过分析柴油机 同时假定缸内工质为准理 HCCI燃烧 时混合气 的形成，建立 了 HCCI 想气体，其比热容仅与气体 柴油机早期缸内燃油喷射的压缩模型，通过模拟 温度及组成(瞬时过量空气 计算，获得了不考虑燃烧现象时HCCI柴油机压缩 系数)有关，工质每瞬时均 过程缸内工质 p变化及低温放热和高温放热的 处于热力平衡状态，各处的 影响因素，进而分析了各因素的综合效应，由此探讨 压力、温度、密度和组成都 了目前可以采用的相关技术措施。 是均匀一致的。 图1 压缩过程研究系统 1．2 数学模型 1 柴油机HCCI压缩模型的建立 根据热力学、能量守恒、质量守恒及系统边界初 始条件，建立HCCI柴油机压缩过程的数学模型。 目前，HCCI预混合气形