文献综述
经历近 150 年的发展,内燃机以其热效率最高、单位体积和单位重量功率密度最大、功率范围宽广、适应性和起动性能好等优点成为了应用最为广泛的动力装置[1],是汽车、机车、船舶、农用机械、工程机械及军用车辆等的主要动力源[2]。
内燃机的发展与我国能源安全(石油)、环境保护和二氧化碳减排息息相关[3]。
而内燃机的节能减排是我国节能减排的主战场之一,内燃机技术的发展已进入了控制有害排放与提高热效率(节能)并重的阶段[4]。
因此,如何在降低内燃机有害排放物的同时,提高内燃机热效率、降低油耗是内燃机燃烧技术研究的重要课题,意义重大[5]。
以均质压燃(HCCI)为代表的新一代燃烧方式可取得极低的 NOx 和颗粒物排放并保持高热效率,但由于化学反应动力学在燃烧过程中起主导作用,其燃烧控制困难及运行工况范围狭窄的难题至今没有得到有效的解决,限制了 HCCI 的广泛应用[6]。
一些科研团队提出了一种基于燃料化学活性及混合气分层协同控制的燃烧模式汽油/柴油双燃料高预混合低温燃烧(HighlyPremixedChargeCombustion, HPCC),其供油方式为进气道喷射汽油、缸内直喷柴油,根据发动机运行工况通过调整汽油/柴油比例、EGR 率及柴油喷油策略控制实现高比例的预混合燃烧,从而实现 HPCC 负荷工况范围内的高效清洁燃烧[7]。
研究表明[8],柴油喷油时刻影响 HPCC 的燃烧放热模式,柴油早喷与晚喷时分别表现出双燃料的 HCCI 和柴油引燃汽油预混合气的准均质压燃(QHCCI)燃烧放热特性。
通过调整汽油/柴油比例、EGR 率及柴油喷油策略可改变缸内混合气的化学活性及浓度分层,实现对不同燃烧模式的控制;进气压力影响 HPCC 的着火滞燃期、燃烧反应速度和失火与爆震燃烧的汽油比例限值,提高进气压力可以提高汽油比例,从而大幅度降低 NOx 和碳烟排放;提高柴油喷油压力仍是改善HPCC 模式下 NOx 和 soot 排放的重要途径;通过优化燃烧控制参数,在平均指示压力(IMEP)为 0.9 MPa 工况,NOx 和 soot 比排放分别低于 0.4 g/(kWh)和 0.003 g/(kWh),并保持较高的热效率,但 HC 和 CO 排放偏高[9]。
柴油早喷是在中低负荷实现 HPCC 的主要控制策略,但早喷燃油的湿壁会导致碳烟排放升高,而且碳烟排放峰值出现在某一特定的喷油时刻区域[10]。
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