乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界 乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界

乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界

  • 期刊名字:燃烧科学与技术
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  • 论文作者:刘金山,郭英男,谭满志,李盛成,黄维钧
  • 作者单位:吉林大学内燃机系
  • 更新时间:2020-09-30
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论文简介

第11卷第4期燃烧科学与技术005年8月Journal of Combustion Science and TechnologyAug.2005乙醇燃料均质压燃(HCCⅠ)燃烧边界刘金山,郭英男,谭满志,李盛成,黄维钧吉林大学内燃机系,长春130022)摘要∶在一个单缸排量为1.14Ⅰ压缩比为17:1的自然吸气发动机上使用乙醇燃料采用进气道低压喷射进行了HCI燃烧区域的实验研究.结果表明在进气温度为150℃时乙醇燃料可以在较宽的范围內(φ,=1-9)实现HCI燃烧并且以过量空气系数为标志存在着明显的边界.当过量空气系数d>9时燃烧不完全、甚至熄火=9为该实验条件下的稀燃界限当过量空气系数d<3时不加ER则产生爆震燃烧加入EGR则爆震现象消失可以实现HCI燃烧小。=3为该实验杂件下的爆震限.当过量空气系数φ。<1时加入较多的EGR可以实现HCCI燃烧但由于燃烧不完全CO排放大幅度增加指示效率下降。=1为该实验条件下的浓燃界限.关键词:乙醇;均质压燃;边界;过量空气系数中图分类号:TK464文献标志码:A文章编号:1006-87402005)4-0369-04HCCI Combustion Boundiaries of Ethanol as Engine FuelLIU Jin-shan, GUO Ying-nan TAN Man-zhi, LI Sheng-cheng, HUANG Wei-junDepartment of Internal Combustion Engine, Jilin University Changchun 130022, ChinaAbstract: HCCK homogeneous charge compression ignition )combustion boundaries of ethanol as the fuel of a naturally as-pirated engine with 1. 14 L displacement per cylinder and compression ratio of 17: I was studied experimentally which wasinjected under low pressure into the inlet manifold. The experimental results show that the excess air ratio d, can be regar-ded as a criterion to distingwish HCCI combustion boundaries and HCCI combustion occurs in a wide range of d, =1-9when the intake charge is preheated to 150C. When is larger than 9 the mixture is too lean which is characterized bythe incomplete combustion and even misfire. So d. =9 is the lean limit for the tested conditions When d. is less than 3 andwithout EGR, knock combustion occurs and NO, increases remakably. When EGR is introduced sufficiently knock comdisappears and HCCI combustion is achieved. So =3 is the knock combustion limit for the tested conditionsWhen c, is less than I although HCCI combustion occurs with a large rate of EGR, Co emission increases rapidly and thendicated efficiency decreases because of incomplete combustion. So d, l is the rich limit for the tested conditionsKeywords: ethanol homogeneous charge compression ignition( HCCI); limit excess air ratio均质混合气压缩着火燃烧(HCI)是内燃机一种度较低只产生少量的NO231.因此HCCI燃烧是一种很有前途的替代燃烧方式凵.HcCI燃烧采用压燃式高效低污染的燃烧方式是当前囯际内燃机界研究的内燃机的着火方式使用较高的压缩比使燃料在足够热点.但是这种燃烧方式必须使用稀混合气因而限高的温度下发生自燃具有较高的指示热效率卢一般制了发动机的负荷上限和负荷下限45.为了探索乙压燃式发动机有所不同使用的是火花点火内燃机的醇燃中国煤化工域找出影响该区域均匀混合气,燃烧时不会产生碳烟.为了控制燃烧速的因素CNMHGCO燃烧区域的研究率HCCI燃烧必须使用非常稀的混合气缸内燃烧温笔者使用排重为1.14L压缩比为17:1的发*收稿日期:2005-03-24作竭岁周x:生人第英男2370燃烧科学与技术第11卷第4期动机进行了乙醇燃料HCCⅠ燃烧边界的实验.行第6缸实验缸)喷油当冷却水温、润滑油温度达到最佳状态(85±5)℃)测取发动机的有效扭实验仪器和设备跹(T)和转速n然后向第6缸进气道啧入乙醇燃料第6缸开始参加工作由于测功机为恒转速运行,实验是在一台6缸自然吸气式柴油机基础上改造这时的扭距为6缸同时工作的扭距(T)则第6缸的单缸机上进行的即把柴油机第6缸的进、排气及供的指示扭矩为油系统独立岀来采用进气管喷射形成均匀混合气用电加热系统预热进入气缸的空气.用废气再循环控制第6缸的指示功率为爆震的产生.图1为实验装置示意实验用发动机的主要技术参数如表1主要设备500仪器如表2第6缸的平均指示压力为120PPm(6)EGR管路EGR阀Vsi式中:Vs为汽缸工作容积,m3;n为发动机转速空气流量计进气加热器电控喷油器2.2EGR率的确定喷油泵在混合气较浓时为防止产生爆震燃烧高比例废为其余5缸供治气再循环(EGR)是必须的.EGR量通过连接进排气管上的阀门进行调节.EGR率通过测量进排气中CO乙醇柴油的体积分数计算得到EGR率的定义为图1实验装置示意Pco, in-cO%Re100%表1实验机的主要技术参数式中m2m为进气总管内气体CO2的体积分数2h支术参数描标为周边环境大气中C02的体积分数0为排气中类型自然吸气、直列、四冲程、水冷CO2的体积分数前5缸缸内喷射柴油第6缸进气道喷射乙醇2.3爆震燃烧与HCCI燃烧的区分燃烧室形式HCCⅠ燃烧与爆震燃烧虽然都是可燃混合气的自缸径x行程/mm110×195燃但是两者存在着明显的区别.HCCⅠ是可控燃烧速单缸排量/L率的自燃缸内压力是均匀的无冲击波产生、缸內最压缩比17:1高燃烧温度较低因此№O,排放极低.而爆震燃烧是表2实验设备及仪器不可控燃烧速率的自燃北学反应速度极快压力来不生产厂家及膨胀伴随冲击波产生,缸内最高燃烧温度较高电涡流测功机洛阳南峰机械制造厂NO.排放较高.因此可用以下两种方法区分爆震燃烧油耗仪DF-313日本小野测器和HCCⅠ燃烧.排气分析仪FGA-4100佛山分析仪器厂2.3.1用爆震传感器输出的电压信号区分爆震传感器共振型西门子公司图2给出了转速n=2000r/min时爆震燃烧与空气流量计孔板式开封仪表厂HCCⅠ燃烧情况下爆震传感器输出电压信号的峰值U随循环次数的变化关系曲线2实验方法与实验条件中国煤化工下爆震传感器输出电压峰值CNMHG时爆震传感器输出信2.1实验气缸平均指示压力的计算号的幅值较小在±2Ⅴ之间.而爆震燃烧时传感器对毎一工况实验时首先使发动机保持恒转速运输出信号幅值成倍增加接近±6V且跳跃明显2005年8月刘金山等乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界从图中可以看到有3条边界线边界线1和2之间是不加EGR即可以实现HCCⅠ燃烧的区域边界2和3之间是加入EGR后可以实现HCCⅠ燃烧的区域横坐标和边界线1之间是熄火区和不稳定工作区域a)爆震燃烧12001400160018002000220024002600n/(r.min)图4用平均指示压力表示的HCCI区域与HCCI燃烧情况下爆震传感器输出的电压信号UCheno2.3.2用排气中NO排放的浓度区分图3为n=1200r/min时HCCⅠ燃烧与爆震燃烧图5用循环供油量表示的HCCI区域的NO.排放与过量空气系数的关系.由图可知,当过量空气系数d>3时NO,的排放值很低(100×106以下)为HCCI燃烧.当过量空气系数d。<3时NO的排放值急剧增加为爆震燃烧.150今12001400160018002000220024002600图6用功率表示的HCCI区域2.533.54.5图3NO2排放与过量空气系数的关系3实验结果及分析中国煤化CNMH3.1乙醇燃料HCCI工作区域图4~图7分别给出了不同转速下以平均指示压92001400160018002000220024002600力、每循环供油量、功率和小时耗油量B表示的HCCIcm失火区无EGR的HCC区加EGR的HcC区工作区域图7用小时耗油量表示的HCCI区域372燃烧科学与技术第11卷第4期从图4可以看出在该实验条件下乙醇燃料进行HC燃烧时负荷上限可达0.6MPa1200rmin4结论和0.4MPa/2600r·min-1.高、低速之间的差别,主要由充气效率随转速的增加而降低引起.HCCⅠ燃烧负(1)在压缩比为17的发动机上使用乙醇燃料采荷下限为0.1MPa当平均指示压力低于0.1MPa混用进气道低压喷射形成混合气进气温度为150℃在合气过稀产生不完全燃烧甚至熄火过量空气系数1~9范围内成功实现HCCI燃烧HC3.2稀燃界限、爆震限和浓燃界限CI燃烧只产生少量NO.能得到很高的热效率.从上面的分析中可知,当循环供油量低于边界线(2)过量空气系数对HCCI的燃烧边界有着显著1时产生不完全燃烧甚至熄火称边界线1为HCCⅠ的影响存在明显的稀燃界限、爆震限和浓燃界限.当燃烧的稀燃界限.当循环供油量超过边界线2时不加φ,>9时由于混合气过稀发生熄火现象发动机不EGR则产生爆震燃烧称边界线2为HCⅠ燃烧的爆能稳定运行φ。=9为该条件下的稀燃界限瀅Φ。<1震限.而当循环供油量超过边界线3时加入EGR虽时加入EGR虽然可实现HCCⅠ燃烧,但由于燃烧不可实现HCCI燃烧但CO排放大幅度增加指示效率完全CO排放增加詣示效率降低φ。=1为该条件下降低称边界线3为HCCI燃烧的浓燃界限的浓燃界限当φ<3时不加EGR则产生爆震燃烧,对应上述3条边界线的指示效率η和过量空气系加入ER可实现HCCI燃烧.d。=3为该条件下的爆数d。的变化趋势如图8和图9所示从图中可以看到震限在该实验条件下乙醇燃料进行HCCI燃烧时稀燃界(3)使用爆震传感器和NO排放值可以区分爆限φ≈9爆震限≈3浓燃界限d。≈1震燃烧和HCCI燃烧参考文献爆震限[1] Pucher G R, Gardiner DD. 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