压燃式内燃机的燃烧路径与排放控制

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology压燃式内燃机的燃烧路径与排放控制武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology授课人：刘丙善压缩终点时未燃混合气30002500200015001000500000,51,01,52,0过量空气系数温度K柴油机主要排气污染物的形成条件武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology压缩终点时未燃混合气30002500200015001000500000,51,01,52,0过量空气系数温度K燃烧混合气柴油机主要排气污染物的形成条件武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology碳烟形成30002500200015001000500000,51,01,52,0过量空气系数温度K燃烧混合气柴油机主要排气污染物的形成条件武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologyppmNO5001006020碳烟形成30002500200015001000500000,51,01,52,0过量空气系数温度K燃烧混合气柴油机主要排气污染物的形成条件武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologyppmNO5001006020碳烟形成30002500200015001000500000,51,01,52,0过量空气系数温度K燃烧混合气柴油机主要排气污染物的形成条件武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology课堂目标认识Φ-T图（当量比-绝热火焰温度）1掌握改变燃烧路径降低排放的途径2了解柴油机低温燃烧技术的研究进展3武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology课堂目标认识Φ-T图（当量比-绝热火焰温度）1掌握改变燃烧路径降低排放的途径2了解柴油机低温燃烧技术的研究进展3武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologyΦ-T图：研究柴油燃烧路径的常用工具Φ-T图含三岛、一柱、一线，Soot岛、NOX岛、CO/UHC氧化受限岛位置固定不变。三岛Soot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限油气混合线初始着火区某油滴的传统燃烧路径-滞燃期滞燃阶段：在到达着火温度之前，燃油与进气混合，当量比快速减小。武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologySoot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限滞燃期武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology某油滴的传统燃烧路径-急燃期急燃期：预混混合气迅速燃烧，部分燃料热能急速释放；燃烧粗暴，进入Soot生成区。滞燃期急燃期Soot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology某油滴的传统燃烧路径-缓燃期缓燃期：扩散火焰中缺氧燃烧产物继续与氧混合释放热量，进入NOX生成区。滞燃期急燃期缓燃期Soot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限某油滴的传统燃烧路径-后燃期后燃阶段：燃烧产物在燃烧室内部持续扩散，部分未燃碳氢和CO被继续氧化。武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologySoot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限滞燃期急燃期缓燃期后燃期武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologyNOX与Soot的“Trade-off”关系某重型柴油机A100工况：常规燃烧模式下，推迟主喷正时和提高喷油压力不能解决NOX和Soot之间的矛盾。NOXSoot武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology课堂目标认识Φ-T图（当量比-绝热火焰温度）1掌握改变燃烧路径降低排放的途径2了解柴油机低温燃烧技术的研究进展3改变燃烧路径降低排放的研究设想Soot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限延长滞燃期，抑制Soot生成量降低燃烧温度，抑制NOX生成量武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology改变油气混合线油气混合线的位置主要取决于工质的温度，可变配气相位是有效的实现方法。Soot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限调节油气混合线着火区可变配气相位可变压缩比进气中冷调节武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology改变初始着火区初始着火区的位置取决于燃料活性，添加剂、燃料重整和混合是有效方法。Soot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限改变初始着火区着火区十六烷值改进剂燃料重整混合燃料武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology改变绝热火焰温度改变燃烧温度是降低NOX和Soot排放的关键，EGR和低温燃烧是常用的方法。Soot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限调节绝热火焰温度推迟喷油废气再循环低温燃烧武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology课堂目标认识Φ-T图（当量比-绝热火焰温度）1掌握改变燃烧路径降低排放的途径2了解柴油机低温燃烧技术的研究进展3理想的燃烧路径武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologySoot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限高效清洁燃烧区1500K＜T＜2200K当量比Φ＜2SICIHCCILTC均质压燃，低温燃烧燃烧过程不可控PCCI…PPCPCIHCCI与CI相结合，EGR负荷受限提高燃烧全历程的混合速率，并控制缸内的燃烧温度。燃烧相关概念的演绎武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology浓度、温度分层有助于控制HCCI燃烧过程和放热过程。基于纯柴油的组合燃烧路径基于双燃料的RCCI燃烧路径拓宽负荷范围的低温燃烧研究路径武汉理工大学WuhanUniversityofTechnologyFrom：Prof.Dr.-ingSpicher：SI-Gasexchangeandmixtureformation,M276DE35Engine（奔驰S级轿车）From：F.Altenschmidtetal:TheSparkIgnitionEngineoftheFuture,Strasbourg20114缸GDI（奥迪轿车）来自汽油机的启发武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology在柴油机典型的转速范围内，可以依据负荷采用不同的燃烧模式。SICIHCCILTC均质压燃，低温燃烧燃烧过程不可控PCCI…PPCPCIHCCI与CI相结合，EGR负荷受限典型低温燃烧高密度低温燃烧预混低温燃烧负荷拓展，覆盖全工况中等负荷高负荷低负荷组合燃烧模式武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology组合模式降低NOX和Soot排放的出发点典型低温燃烧•通过高EGR降低燃烧温度和氧浓度来降低NOX排放；•通过高EGR率降低燃烧温度，抑制碳烟生成。高密度-低温燃烧•通过适当EGR率、进气门晚关和高充量密度降低燃烧温度来降低NOX排放；•通过增强燃氧混合率降低碳烟生成率，提高燃烧后期的碳烟氧化率来降低碳烟。预混低温燃烧•通过海量EGR率、多段喷油，降低氧浓度抑制火焰温度，降低NOX排放；•通过降低着火时刻的燃氧当量比避开碳烟生成区。武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology基于双燃料的RCCI燃烧模式柴油直喷进入缸内，而易挥发、活性低的燃料预喷进入进气道，形成均质混合气；柴油发挥引燃作用。适宜进气道喷射的燃料：汽油、甲醇、乙醇、天然气等。通过两种燃料的比例、燃料的喷射正时、EGR率的综合控制，获得期望的燃烧速率和温度，解决NOX与Soot及油耗之间的矛盾。武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology燃油供给示意燃烧模式与能量流IMEP=9bar；转速相同：RCCI燃烧损失增大，但排气及冷却带走热量减少，转化为有用功的热量明显提升。1.Staples,etc.AnExperimentalInvestigationintoDieselEngineSize-ScalingParameters.2.Hardy,etc.AStudyoftheEffectsofHighEGR,HighEquivalenceRatio,andMixingTimeonEmissionsLevelsinaHeavy-DutyDieselEngineforPCCICombustion.3.Hanson,etc.OperatingaHeavy-DutyDirect-InjectionCompression-IgnitionEnginewithGasolineforLowEmissions.4.Hanson,etc.AnExperimentalInvestigationofFuelReactivityControlledPCCICombustioninaHeavy-DutyEngine.CL:燃烧损失；HT:冷却水带走热量；EX:排气带走热量。武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology课后思考题1）T-Φ图中，高效清洁燃烧区域的位置在哪儿？2）纯柴油模式下，实现组合燃烧所需的油、气执行机构总成技术？3）双燃料模式下，实现高效清洁燃烧所需的油、气执行机构总成技术？武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology谢谢大家！