第25卷(2007)第1期內(nèi)燃機(jī)學(xué)Transactions of CsVol.25(2007)No.1文章編號:1000909(2007)01-0030-0725005乙醇燃料HCCI發(fā)動機(jī)燃燒特性研究張巖,何邦全,謝輝,趙華(天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300072)摘要:應(yīng)用調(diào)整進(jìn)排氣門相位控制缸內(nèi)殘余廢氣率策略,在 Ricardo hydra四沖程進(jìn)氣道噴射單缸試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了無水乙醇燃料的均質(zhì)壓燃獲得了運(yùn)行工況范圍,并分析研究了空燃比、轉(zhuǎn)速和氣門相位對乙醇燃料均質(zhì)壓燃的燃燒特性。結(jié)果表明:乙醇燃料的均質(zhì)壓燃的可運(yùn)行范圍仍然受到爆震換氣過程及失火的限制,但在高速及稀燃區(qū)域得到拓展;其著火時(shí)刻及燃燒持續(xù)期依賴于氣門定時(shí)、空燃比及轉(zhuǎn)速關(guān)鍵詞:均質(zhì)壓燃;乙醇;燃燒;汽油機(jī)中圖分類號:TK41.29文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AThe Combustion Characteristics of an HCCI Engine Fuelled with EthanolZHANG Yan, HE Bang-quan, XIE Hui, ZHAO HuaState Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: With the utilization of valve timing strategy in inlet and exhaust valve control, the Homogene-ous Charge Compression Ignition( HCCI)combustion was achieved by adjusting the amount of trapped residuals with the negative valve overlap in a Ricardo Hydra four-stroke port fuel injection engine fueled withethanol. The effect of ethanol on HCCI combustion characteristics at different air-fuel ratios, enginespeeds and valve timings was investigated. The results indicate that HCCI ethanol combustion can be a-chieved by varying the inlet and exhaust valve timings. The operation range of an HCCI engine fuelled withethanol can be extended to the high speed and lean burn conditions. Meanwhile, ignition timing and com-bustion duration are dependent on valve timing, lambda and speedKeywords: HCCI; Ethanol; Combustion; Gasoline engine問題3”引言從上世紀(jì)20年代開始,代用燃料的概念就被提均質(zhì)充量壓縮著火(HC)燃燒模式是一種新型出,到70年代得到廣泛接受。由于石油資源的有的燃燒方式,有著不同于傳統(tǒng)汽油機(jī)及柴油機(jī)的燃燒限性并隨著人們的開采和利用而日益減少,如今代用過程。工作于HCCI燃燒模式的發(fā)動機(jī)(HCCI發(fā)動燃料(特別是可再生燃料)已受到國內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)界的機(jī))在進(jìn)氣和壓縮行程中形成均質(zhì)混合氣,當(dāng)活塞到關(guān)注。乙醇作為可再生含氧燃料,具有辛烷值高、抗爆達(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)均質(zhì)混合氣被壓縮產(chǎn)生自燃著火。性好等特點(diǎn)。研究表明乙醇是實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒的理想HCI燃然燒模式可大大提高汽油機(jī)部分負(fù)荷時(shí)的燃油燃料之一,但是基于內(nèi)部廢氣再循環(huán)策略下的乙醇經(jīng)濟(jì)性同時(shí)在無催化器的條件下顯著降低發(fā)動機(jī)的HCCI發(fā)動機(jī)的燃燒研究開展得還比較少。為此,本文O,排放2。HCC發(fā)動機(jī)集成了傳統(tǒng)火花點(diǎn)燃式在 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴射發(fā)動機(jī)上通過內(nèi)發(fā)動機(jī)及壓燃式發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是新一代內(nèi)燃部廢氣再循環(huán)的方法研究空燃比、轉(zhuǎn)速和氣門定時(shí)對機(jī)的代表。乙醇燃料的均質(zhì)壓燃過程的影響,進(jìn)一步了解乙醇燃雖然HCCI發(fā)動機(jī)有著誘人的前景但HCCI發(fā)動料對HCCI發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍及其燃燒特性的影響,更機(jī)還存在著火時(shí)刻控制困難、運(yùn)行工況范圍小等好地控制HCCI燃燒過程。收稿日期:2006-03-17;修回日期:2006-07-12基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項(xiàng)目(2001CB209204);回家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50476064)。2007年1月張巖等:乙醇燃料HCCI發(fā)動機(jī)燃燒特性研究311試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)過程空燃比的精確控制。在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),用奇石樂6125B壓電晶體傳感器配合5011B電荷放大器連續(xù)采集100試驗(yàn)用發(fā)動機(jī)為 Ricardo Hydra四沖程進(jìn)氣道噴個(gè)循環(huán)的缸內(nèi)壓力,并求出其平均值,用于分析。同射單缸試驗(yàn)機(jī),其具體參數(shù)及試驗(yàn)條件見表1。時(shí),用精度為±1%的渦街流量計(jì)測量進(jìn)氣流量。為了消除冷卻水和潤滑油溫度的差異對敏感的表1發(fā)動機(jī)參數(shù)及試驗(yàn)條件HCCI燃燒造成的影響,試驗(yàn)過程中冷卻水溫和油溫被Tab. 1 Engine specifications and test conditions嚴(yán)格控制在(80±1)℃和(55±1)℃。參數(shù)的值試驗(yàn)時(shí)節(jié)氣門始終保持全開,這大大減小了一直缸徑/mm抑制傳統(tǒng)汽油機(jī)熱效率的泵吸損失。開始試驗(yàn)時(shí),發(fā)行程/mm動機(jī)首先由交流電力測功機(jī)倒拖至一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,并以排量/mL火花點(diǎn)燃模式使發(fā)動機(jī)著火,用于在氣缸內(nèi)產(chǎn)生足夠量的高溫殘余廢氣。幾個(gè)循環(huán)后,關(guān)閉火花塞點(diǎn)火系氣門數(shù)統(tǒng),發(fā)動機(jī)即可在HCCⅠ模式下穩(wěn)定運(yùn)行。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速/(r/min)<6500測功機(jī)和噴油脈寬,HCCⅠ發(fā)動機(jī)就可在不同的轉(zhuǎn)速及吸氣方式自然吸氣空燃比下運(yùn)行。為了得到更好的霧化效果,在氣道上進(jìn)氣溫度℃29安裝了 Delphi公司生產(chǎn)的4噴孔噴油器。使用的燃料為無水乙醇,其純度在99%以上為了在發(fā)動機(jī)上能夠?qū)崿F(xiàn)HCl燃然燒原機(jī)的凸2試驗(yàn)結(jié)果及分析輪軸被替換成重新設(shè)計(jì)的小升程和短持續(xù)期凸輪軸,氣門升程曲線及主要參數(shù)見圖1和表2。凸輪軸直接2.1乙醇燃料的HCC運(yùn)行工況范圍驅(qū)動氣門運(yùn)動。通過手動調(diào)節(jié)正時(shí)齒輪帶與凸輪軸之對于傳統(tǒng)的汽油和柴油燃料,由于均質(zhì)壓燃多點(diǎn)間的相對位置,達(dá)到所需的負(fù)氣門重疊角,在氣缸內(nèi)留同時(shí)著火的特性發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí),缸內(nèi)壓力升住足夠的殘余廢氣,控制燃燒過程。高率急劇增加,發(fā)動機(jī)振動和燃燒噪聲均達(dá)到不可接受的程度。而在低負(fù)荷時(shí),缸內(nèi)燃燒溫度過低,導(dǎo)致CO與HC排放急劇增加田,因此,HCCI燃燒的可運(yùn)行工況范圍極其有限。到目前為止,與乙醇燃料均質(zhì)壓燃相關(guān)的研究很少,為此,在四沖程氣道噴射單缸試驗(yàn)機(jī)上通過調(diào)整進(jìn)排氣門定時(shí)、轉(zhuǎn)速、空燃比的方法,實(shí)現(xiàn)了無水乙醇燃料的均質(zhì)壓燃,并獲得了其運(yùn)行工況范圍,如圖2所示。為了便于理解,在圖上給出了各個(gè)邊界點(diǎn)的過量空氣系數(shù)Φ值。排氣門進(jìn)氣門EVC TDC IVO曲軸轉(zhuǎn)角/°CA爆震極限l00圖1氣門升程曲線換氣極限Fig 1 Valve lift curves表2進(jìn)排氣凸輪主要設(shè)計(jì)參數(shù)1002Tab 2 Valve design parameters失火極限設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)氣氣門最大升程/mm500100015002000250030003500轉(zhuǎn)速/(r/min)氣門開啟持續(xù)期/°CAl10圖2乙醇燃料HCCI燃燒運(yùn)行工況范圍Fig 2 HCCI combustion operating envelope試驗(yàn)發(fā)動機(jī)與30kW的交流電力測功機(jī)相連,在of ethanol fuel排氣管上安裝了線性氣傳感器(精度為±1.5%)確保內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)第25卷第1期從圖2可以看出,乙醇燃料的HCCI燃燒可以在限向低殘余廢氣率方向拓展了800~3000r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。HCCl發(fā)動機(jī)的運(yùn)行范圍,以平均指示壓力(IMEP)表示,受到爆燃極限、換氣極限和失火極限的限制。在1500/失火區(qū)域min時(shí)IMEP的范圍最寬,在1000m/ min MEP達(dá)到最大值0.419MPa,在3000r/ min meP達(dá)到最小值了12爆晨極限。0.059MPa。爆燃的產(chǎn)生是由于放熱過快導(dǎo)致壓力振∵蕩2。失火的原因是由于缸內(nèi)殘余廢氣率過大混合氣在部分循環(huán)不能著火;同樣,混合氣濃度過稀也是造0爆極成失火的原因。小升程的凸輪軸使發(fā)動機(jī)在高速時(shí)產(chǎn)缸內(nèi)殘余廢氣率/%生換氣極限。圖3缸內(nèi)殘余廢氣率與過量空氣系數(shù)坐標(biāo)雖然乙醇燃料屬于典型的高辛烷值燃料,對爆震下的全部試驗(yàn)工況點(diǎn)有明顯的抑制作用,但在發(fā)動機(jī)的低速高負(fù)荷工況仍Fig 3 RGF-AFR operating range: data points然會有粗暴的燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生。the experiments本文使用兩種方法將HCCI的運(yùn)行工況向小負(fù)荷拓展。一種方法是使用稀混合氣。試驗(yàn)中最稀的混合22氣門相位對MEP的影響氣濃度達(dá)到了過量空氣系數(shù)為139。實(shí)際上,在過量IMEP是衡量發(fā)動機(jī)實(shí)際循環(huán)動力性能的重要指空氣系數(shù)大于1時(shí),測量得到的空燃比與缸內(nèi)空燃比標(biāo)。圖4給出了轉(zhuǎn)速為1500r/mn時(shí)不同進(jìn)排氣門不同,因?yàn)樯涎h(huán)殘留在缸內(nèi)的廢氣中仍然有部分空相位對MEP的影響。很顯然,當(dāng)混合氣變稀時(shí),IMEP氣存在,可以參與這個(gè)循環(huán)的燃燒。因此,實(shí)際的缸內(nèi)會下降。當(dāng)空燃比一定的時(shí)候,排氣門關(guān)閉( Exhaust空燃比要高于排氣管中得出的測量值。另外,由于殘 Valve closing,EⅤC)時(shí)刻對MEP的影響作用大于進(jìn)氣余廢氣的稀釋作用,燃燒室內(nèi)混合氣在壓縮達(dá)到自燃門開啟( nlet Valve Opening,Vo)時(shí)刻,這是因?yàn)镋VC之前,有些區(qū)域的空燃比會更高。這些區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生多點(diǎn)火核的概率會降低,最終產(chǎn)生失火。同時(shí),殘余廢氣的稀釋作用同樣惡化燃燒過程,也是發(fā)生失火的重要原因。另一種方法是通過調(diào)節(jié)氣門定時(shí)降低每循環(huán)進(jìn)氣量。當(dāng)然,過低的進(jìn)氣量會損失有效壓縮比,混合氣0.20在壓縮行程中不能被壓縮達(dá)到乙醇的自燃溫度也會導(dǎo)70° CA BTDO致失火。0.-90° CA ATDC0.16圖3顯示了在缸內(nèi)殘余廢氣率與過量空氣系數(shù)坐n=l 500 r/min標(biāo)下的全部試驗(yàn)工況點(diǎn)。圖3中同時(shí)也給出了燃用汽0951001.051.101.151.201.251.3過量空氣系數(shù)油時(shí)的爆震極限。缸內(nèi)殘余廢氣率(F,)是根據(jù)排a)vo=80° CA ATDC溫的測量值和排氣門關(guān)閉時(shí)刻的缸內(nèi)壓力值計(jì)算得到,詳細(xì)的計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[13],計(jì)算公式為6=110 CA BTDC6-10° CA BTDCF=-eduals6=90° CA BTDO0.24residuals t mait t meln=1 500r/min式中:m為每循環(huán)進(jìn)氣質(zhì)量,由進(jìn)氣流量計(jì)測得;mm022為每循環(huán)噴油量,由噴油脈寬標(biāo)定得到;mm.為每循環(huán)缸內(nèi)殘余廢氣質(zhì)量,可由理想氣體狀態(tài)方程Pevc0.18Bvc= mRT求得。從圖3中可以看出,當(dāng)殘余廢氣率等于50%左右951.001.051.101.151.201.25時(shí),乙醇燃料可以在最稀的空燃比下被壓燃。隨著缸過量空氣系數(shù)內(nèi)殘余廢氣率的增加,稀燃稀限顯著下降,這說明缸內(nèi)b)vc=95° CA ATDC殘余廢氣的增加嚴(yán)重惡化了燃燒過程。然而,與汽油圖4過量空氣系數(shù)和氣門相位對IMEP的影響Fig 4 The effects of lambda and valve timings on IMEP007年1月巖等:乙醇燃料HCCI發(fā)動機(jī)燃燒特性研究直接控制每循環(huán)缸內(nèi)殘余廢氣的量,排氣門關(guān)閉時(shí)刻evc=70° CA BTDC越提前,缸內(nèi)殘余廢氣量越多,進(jìn)而影響下個(gè)循環(huán)的進(jìn)0.18氣量,因此缸內(nèi)殘余廢氣率會增加,其趨勢可以從圖5n=1 500 r/min中看出。另外,進(jìn)氣門相位的變化對缸內(nèi)殘余廢氣百016分比影響不是很大,所以進(jìn)氣門相位也對IMEP影響0.14較小。正是缸內(nèi)殘余廢氣率與空燃比的共同作用影響了著火時(shí)刻和燃燒持續(xù)期,同時(shí)對IMEP也產(chǎn)生影響0.12在圖5中還可以看出,當(dāng)氣門相位和轉(zhuǎn)速都恒定0.10時(shí),缸內(nèi)殘余廢氣率會隨著混合氣變稀而降低。在試0.951001.051.101,201,251.30驗(yàn)中,空燃比的改變是通過調(diào)整噴油脈寬來實(shí)現(xiàn)的,因a)no=80° CA ATDC此,在其它條件和參數(shù)都不變的情況下,僅僅改變空燃0.20比,每循環(huán)的進(jìn)氣量(如圖6所示)和缸內(nèi)殘余廢氣量8=1100.18幾乎不變。當(dāng)混合氣變稀時(shí),上循環(huán)殘留在缸內(nèi)的未CABTDO參與燃燒的空氣量增加,這就使得這個(gè)循環(huán)的殘余廢0.16n=1 500r/min氣量在整個(gè)混合氣中的比例下降,從而缸內(nèi)殘余廢氣率就降低了。刺0.140.12O.-70° CA BTDC0.106.-80° CA BTDC0.951.001.05L.101.151.201.256c-90° CA BTDC過量空氣系數(shù)n=1 500 r/minb)6wc=95° CA ATDC圖6過量空氣系數(shù)和氣門相位對進(jìn)氣流量的彩響Fig. 6 The effects of lambda and valve timings0.951.001051.101.151201.251.30道后與空氣混合形成均質(zhì)混合氣,并被吸入氣缸內(nèi),在過量空氣系數(shù)壓縮行程中混合氣被進(jìn)一步加熱,直到上止點(diǎn)附近發(fā)a)6nvo=80° CA ATDC生自燃。因此,HCCI發(fā)動機(jī)的著火時(shí)刻完全依賴于混合氣的濃度,壓縮過程中的溫度、壓力歷程以及其特定B o=110 CA BTDC燃油、空氣和廢氣三者組成的混合氣所經(jīng)歷的低溫化日1v=1009 CA BTDO學(xué)反應(yīng)過程70-△-6n=90° CA BTDOnl500r/min目前,對燃燒始點(diǎn)的定義各有不同,文獻(xiàn)[14]認(rèn)為:燃燒始點(diǎn)可以用燃燒時(shí)的缸壓曲線與倒拖時(shí)的壓力曲線在壓縮行程中的一個(gè)脫離點(diǎn)來定義。圖7對比了在2000r/min時(shí)乙醇HcCI燃燒與純空氣倒拖時(shí)的示功圖?？梢钥闯鲋鹋c倒拖的缸壓曲線脫離點(diǎn)距0951.001.051.101.151.壓縮上止點(diǎn)很遠(yuǎn),顯然不是燃燒始點(diǎn)。這是由于HCCI過量空氣系數(shù)發(fā)動機(jī)在壓縮行程從進(jìn)氣門關(guān)閉到壓燃著火這一階段內(nèi),缸內(nèi)混合氣為新鮮均質(zhì)充量及上循環(huán)缸內(nèi)殘余的圖5過量空氣系數(shù)和氣門相位對缸內(nèi)廢氣的混合氣,此時(shí)工質(zhì)熱容比較大,壓縮時(shí)壓力升高殘余廢氣率的影響得比較慢。而倒拖時(shí)缸內(nèi)工質(zhì)為純空氣,可以近似理Fig. 5 The effects of lambda and valve timings解為理想氣體,其壓縮過程與理想氣體絕熱壓縮過程相似。另外一種定義燃燒始點(diǎn)的方法是,采用一個(gè)循環(huán)2.3蓍火時(shí)刻與燃燒持續(xù)期內(nèi)缸內(nèi)燃料燃燒了一個(gè)百分?jǐn)?shù)時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角作為燃燒在進(jìn)氣道噴射的HC發(fā)動機(jī)上,燃料噴入進(jìn)氣始點(diǎn){1內(nèi)燃機(jī)學(xué)第25卷第1期從圖8中還可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速在1000r/min和1500r/min時(shí),著火時(shí)刻隨排氣門的早關(guān)而提前,而當(dāng)轉(zhuǎn)速到2000r/min和2500r/min時(shí)著火時(shí)刻隨排氣門早關(guān)而推后。由此可見缸內(nèi)廢氣作用的兩重性,即在加熱新鮮充量的同時(shí),廢氣自身的比熱容比較大,與新鮮充量混合后使混合氣的熱容值上升,在壓縮行程中,混合氣溫度升高速率會變慢,達(dá)到著火溫度的時(shí)刻也會延遲。因此,缸內(nèi)殘余廢氣的加150曲軸轉(zhuǎn)角/C熱與吸熱作用是同時(shí)存在,并相互抑制的,隨殘余廢氣圖7HCCI與倒拖缸內(nèi)壓力曲線對比率的變化其中一種作用會變得比較明顯。在缸內(nèi)殘余Fig 7 In-cylinder pressure curves of HCCI combustion廢氣率較低時(shí),加熱作用比較明顯;當(dāng)缸內(nèi)殘余廢氣率motored operation升高后,吸熱作用開始逐漸上升到主導(dǎo)地位。這種現(xiàn)象可以從圖9的放熱率曲線中更加清晰地看出。當(dāng)發(fā)通過廢氣加熱新鮮充量實(shí)現(xiàn)HCCI的燃燒過程分動機(jī)以1000r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),隨著排氣門關(guān)閉角為兩個(gè)階段:低溫放熱階段和高溫放熱階段16。而從的提前,缸內(nèi)殘余廢氣率升高,著火時(shí)刻也相應(yīng)提前。缸內(nèi)壓力計(jì)算得到的燃燒了10%的燃料時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)然而,當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1500r/min時(shí),著火時(shí)刻隨排氣門角,記為CA10,正好是處于低溫放熱結(jié)束和高溫放熱相位提前而提前的想象已經(jīng)不是很明顯,雖然Bvc=開始的時(shí)刻。與CA1和CA5相比,CA10具有波動小80 CA BTDC時(shí)的放熱率曲線要高于Bvc=90CABT的特點(diǎn),因此,本文選用它作為燃燒始點(diǎn)。DC時(shí),但后者放熱卻開始得早。到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高到圖8顯示了氣門相位和空燃比對著火時(shí)刻的影2000r/min時(shí),情況已經(jīng)與1000r/min時(shí)完全相反。響?？梢钥闯?在給定的進(jìn)排氣門相位角和轉(zhuǎn)速下,隨著過量空氣系數(shù)中,的增加,著火時(shí)刻滯后,這是由于nl 500 r/minHCCI燃燒方式具有多點(diǎn)同時(shí)著火的特性,混合氣濃度n=2000r/mi越稀燃燒溫度越低,廢氣的加熱作用減小,因此著火也就越推遲;在相同Φ,下,隨著轉(zhuǎn)速的升高,著火時(shí)000 r/min刻提前,這是由于轉(zhuǎn)速升高后,每循環(huán)進(jìn)氣量減少,缸內(nèi)殘余廢氣百分比上升,另外,高速時(shí)的散熱量也減小,在壓縮行程混合氣更容易提前達(dá)到自燃溫度。這也充分說明了上一循環(huán)殘留在缸內(nèi)的廢氣加熱作用是5101520十分明顯。曲軸轉(zhuǎn)角/°CA=70° CA BTDC一6-80° CA BTDCe=90° CA BTDO6.=80° CA ATDC圖9轉(zhuǎn)速和氣門相位對放熱率的影響Fig 9 The effects of speed圖10顯示了缸內(nèi)殘余廢氣率隨轉(zhuǎn)速上升的趨勢,8因?yàn)樵诠潭ǖ臍忾T相位下,轉(zhuǎn)速增加,每循環(huán)有效進(jìn)排=2 500 r/min氣時(shí)間會減少,導(dǎo)致充氣效率下降,殘余廢氣率上升過量空氣系同時(shí)也可以看到,當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí),隨著排氣門早關(guān),氣·日vc-70° CA BTDC°6c=80° CA BTDC門重疊負(fù)角加大,導(dǎo)致缸內(nèi)殘余廢氣率上升。因此,基6-90° CA BTDCB=80 CA ATDC于氣門相位控制內(nèi)部EGR策略實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒,可以圖8過量空氣系數(shù)和氣門相位對CAI的影響通過調(diào)整排氣門相位控制內(nèi)部EGR的多少,來達(dá)到控制著火時(shí)刻的目的。2007年1月張巖等:乙醇燃料HCCⅠ發(fā)動機(jī)燃燒特性研究35力平均值的比值。它是度量燃燒循環(huán)變動的一個(gè)重要參數(shù)。COV的計(jì)算表達(dá)式為長x100%twc-70° CA BTDC6tvc-80° CA BTDC合6nr-90° CA BTDC式中:wP為平均指示壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差;Pwm為平均指CA ATDC示壓力的平均值。10001500200025003000從整體上看,在大多數(shù)試驗(yàn)工況點(diǎn)下,COVw在轉(zhuǎn)速/r/min10%以下。如圖12所示,在固定的轉(zhuǎn)速下, COVIME隨圖10轉(zhuǎn)速和氣門相位對缸內(nèi)殘余廢氣的彩響過量空氣系數(shù)的改變略有上升,只是在稀邊界上迅速Fig 10 The effects of speed and valve上升,其原因歸咎于稀混合氣及缸內(nèi)殘余廢氣導(dǎo)致的著火時(shí)刻的滯后和燃燒速率的下降。從圖12中還可看到,COⅤE隨轉(zhuǎn)速變化明顯,轉(zhuǎn)速升高,COVP也燃燒持續(xù)期(CA0-CA90)定義為10%燃料燃燒升高。這是由于當(dāng)轉(zhuǎn)速升高后,缸內(nèi)殘余廢氣增加很到90%燃料燃燒所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角。圖11要分析容易發(fā)生溫度、壓力及濃度的不均勻使著火時(shí)刻和放了不同排氣門相位及空燃比對燃燒持續(xù)期的影響。可熱速率發(fā)生變化,導(dǎo)致缸內(nèi)壓力發(fā)生波動,COV1wp迅以看出,燃燒持續(xù)期同時(shí)受到缸內(nèi)殘余廢氣率及空燃比的控制。在固定的氣門相位及轉(zhuǎn)速下,隨中的增速升高。加,混合氣濃度變稀,燃燒過程中缸內(nèi)溫度降低,使燃燒速率下降燃燒持續(xù)期延長;在過量空氣系數(shù)為1附近時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)速升高、排氣門早關(guān),缸內(nèi)殘余廢氣率從58%升高到75%,燃燒持續(xù)期也從4.8°CA上升到-s-n=2 500 r/ min78°CA因此,缸內(nèi)殘余廢氣率和空燃比的共同作用-o-n=2 000r/minA-n=l 500r/ min決定了缸內(nèi)混合氣燃燒溫度及燃燒速率,同時(shí)控制了燃燒持續(xù)期的長短。1.051.00L.151.201.25過量空氣系數(shù)圖12過量空氣系數(shù)對循環(huán)變動的影響Fig 12 The effect of lambda on COVIMEP1 500 r/min0-0-80CA BTDC3結(jié)論6=90° CA BTDCO=80° CA ATDO(1)乙醇燃料HCCI發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況范圍受爆震、換氣過程和失火的控制。量空氣系數(shù)(2)乙醇燃料可以在較稀的混合氣濃度下實(shí)現(xiàn)圖11過量空氣系數(shù)對燃燒持續(xù)期的影響ICI燃燒,并且使HCCI可運(yùn)行工況范圍向著高速Fig. 11 The effect of lambda on combustion duration拓展(3)乙醇燃料HCCI發(fā)動機(jī)的著火時(shí)刻和燃燒2.4燃燒循環(huán)變動持續(xù)期依賴于氣門相位、轉(zhuǎn)速和過量空氣系數(shù)。燃燒循環(huán)變動是由于混合氣濃度和溫度分布的不(4)乙醇燃料HCI發(fā)動機(jī)的循環(huán)變動受轉(zhuǎn)速均勻使燃料的燃燒速度和完全燃燒的程度受到影響,的影響較大,在一定的轉(zhuǎn)速和空燃比范圍內(nèi),過量空氣導(dǎo)致缸內(nèi)壓力出現(xiàn)波動。在傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火(S1)發(fā)動系數(shù)對HC燃燒循環(huán)變動影響不大。機(jī)上,通常在小負(fù)荷和高稀釋情況下循環(huán)變動較大。平均指示壓力變動系數(shù)( COV, Coefficient of參考文獻(xiàn):的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均指示內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)第25卷第1期osphere Combustion( ATAC)-A New Combustion Process2001401-3608,2001for Intemal Combustion Engines[ C]. 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