转速对甲醇HCCI燃烧特性的影响试验研究.pdf

新能源汽车
转速对甲醇HC燃烧特性的影响试验硏究
薛乐(长安大学汽车学院,西安710064)
摘要」在一台双缸4冲程柴油机上实现了甲醇均质压燃的试验,分析了发动机转速对甲醇均质压燃燃
烧特性的影响。试验结果表明:过量空气系数和进气温度一定的情况下,随着发动机转速在一定范围内的升高,
缸内压力、压力升高率和放热率均有所升高,且存在一个最佳的转速,使得压力、压力升高率和放热率处在较好
的水平。
I Abstract] An experiment of F CI combustion characteristics fueled with methanol is done on
a double-cylinder, four strokes diesel engine. The influence of engine speed on combustion character
istic of HCCI combustion is analyzed. Results indicate: when excessive air coefficient and intake tem-
perature are constant, cylinder pressure, pressure increase rate and heat release rate are raised with
the increase of engine speed within limits, and there is an optimal engine speed which can make the
cylinder pressure, pressure increase rate and heat release rate at an optimal level
【关键词】均质压燃甲醇燃烧特性柴油机
doi:10.3969/J.isa-1007-4554.2012.04.06
1试验仪器和设备
在能源危机和排放法规日益严峻的今天,节
试验中所使用的发动机为CT2100,双缸自
能减排的巨大压力使得内燃机研究人员不断寻找然吸气4冲程柴油机,具体参数如表1所示
新的燃烧方式,而醇类燃料的均质压燃就是一种
很有希望的新型燃烧方式。均质压燃是一种均
表1发动机具体参数
质混合气通过压缩方式实现着火的燃烧方式,它
项目
参数
燃烧室形状
可以使碳烟和NOx的排放降到很低的水平。缸内
缸径x活塞行程/mm
100×105
的混合气几乎同时开始着火,没有明显的火焰传
排量/mL
1650
压比
播,燃烧持续期较短,放热较为集中,很大程度上
额定功率/相应转速
25kW/2600(r/min)
提高了热效率?。影响均质压燃的因素有很多,
最大扭矩/相应转速
110N·m/2000(r/min
例如:进气温度、过量空气系数、配气相位、发动机
进气门开启角/CA
17 BTDC
进气门关闭角/CA
转速和压缩比等。这里主要讨论发动机转速对其
排气『门]开启角/CA
燃烧性能的影响。
排气门关闭角/°CA
17 ABDC
收稿日期:2012-02-06
上海汽车2012.04
新能源车
为了能在此发动机上很好地实现均质压燃模
式,将发动机的两个气缸其中一个用作HCCI试验
=1100r/min
=1300r/rin
气缸,另外一个则供给普通柴油,两者的进气系
n=900r/min
T=160C
统、供油系统和排气系统分別是独立的,在需要时
切换到HCCI模式下运行,从而有效地实现了甲醇
0.5
在HCCI模式的运行。试验中使用的主要仪器如
100 r/mi
M=900 r/min
00?
表2所示。
-20-1001020304050
表2试验中使用的主要仪器
曲轴转角/"CA
项目
仪器名称
型号
生产厂家
图1转速对缸压和压力升高率的影响
燃烧分析仪
日本小野公司
电涡流测功机FSI2C(CW25)奥地利AVL公司
300
3医电式压力传感器
6052A
Kis
steer
=2.0
2501T=160°C
电荷放大器
5019B
Kistler
在试验中,压电式压力传感器安装在HCCI试
50-10吧クテ1300rin
系的100
900 r/min
验气缸上,燃烧分析仪记录每个工况下60个循环
的缸内压力数据,从而求得压力的平均值,这样通
过放热规律即可求出压力升高率、累积放热率等
-20-100102030405060
参数值。
曲轴转角CA
2试验结果分析
图2转速对放热率的影响
90%时所对应的曲轴转角记为CA10、CA50、
2.1.转速对缸压和压力开高率的影响
CA90,用它们分别表示着火时刻、燃烧中点和燃烧
在试验中,过量空气系数和近期温度确定不结束的时刻,所以CA10和CA90之间所对应的曲
变。图1和图2分别显示了转速对缸压、压力升轴转角则表示燃烧持续期。
高率以及放热率的影响情况。在图1中,明显可
如图3和图4所示,分别为转速对着火时刻和
以看出,随着转速升高,缸压和压力升高率的峰值燃烧持续期的影响曲线。图3中,随着转速的升高,
都有明显的增加,但转速从1000r/min上升到
着火时刻明显推迟,这是因为废气对混合气的稀释
1300r/min时,缸压却出现了稍有下降的趋势。作用明显要强于对其加热作用,从而使得着火有所
原因是随着转速的进一步升高,发动机毎循环所推迟,同时可以看出,在转速为1100r/min时的燃
用的时间减少,排气行程所用时间变短,从而缸内烧速度最快,混合气燃烧相对比较集中,热效率较
的残余废气率相对增加,残余废气对下一循环的高。转速再增加,只会使得燃烧整个推后。如图4
混合气有着加热和稀释的双重作用,转速越高时,所示,燃烧持续期随着转速的上升而减小,但可以
稀释作用会变得更加明显,并且此时发动机的热看出,转速进一步升高,燃烧持续期基本保持不变
负荷增加3,因此最高的压力、压力升高率稍有甚至燃烧持续期出现微弱增加的趋势,这是因为
下降,而且相对应的峰值出现时刻也有所滞后。
此时转速已不是影响燃烧的主要因素,混合气在
2.2转速对燃烧情况的彤响
1100r/min的转速下燃烧最好,提高转速不能对
一般将燃料的累积放热率为10%、50%和燃烧持绫期造成明显的影响。
上海汽车2012.04
?25