车用柴油机均质充量压燃(HCCI)燃烧方式的数值模拟

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本文采用数值模拟方法研究了车用柴油机均质充量压缩燃烧(HomogeneousCharge Compression Ignition,HCCI)过程。均质充量压缩燃烧可以极大地同时降低内燃机排放中的碳烟(PM)和氮氧化合物(NOx),被认为是目前解决内燃机排放问题的极具潜力的燃烧方式之一,已成为国内外内燃机界的研究热点。与传统柴油机和汽油机燃烧过程的本质区别是,均质充量压缩燃烧方式的燃烧放热几乎全部发生在混合气瞬间自燃过程中,燃烧过程只受化学动力学控制,不同于传统燃烧过程的湍流火焰传播或油气混合过程控制的火焰传播,无明显的火焰前锋,其优点是气缸内最高燃烧温度较低而且均匀,PM和NOx生成量很少,燃烧接近等容燃烧,具有很高的热效率。均质充量压缩燃烧兼有高效率和低污染的优点,使其在内燃机上的应用具有广阔的前景,但其实用化进程还存在不少问题,实现燃烧始点和燃烧过程的有效控制就是其中的关键。本文针对柴油机均质充量压缩燃烧方式,采用数值模拟的方法研究预混合燃烧着火和燃烧规律。通过建立预混合气着火和燃烧的数学模型,研究进气温度、过量空气系数、压缩比和喷油时刻等因素对预混合燃烧方式着火时刻的影响,获得低污染车用柴油机预混合燃烧过程的机理,揭示该燃烧方式的混合气形成与着火控制的规律。同时,本文分析了HCCI数值模拟过程中存在的一些问题及综合控制柴油机HCCI燃烧过程的方法,提出并探讨了目前可行的技术措施,以更好地研究柴油机HCCI燃烧方式。通过本文的研究,进一步搞清了影响柴油机均质充量压缩燃烧方式燃烧始点和燃烧过程的有关因素,以及这些影响因素的作用规律、作用程度及对燃烧过程的综合控制,并以此探讨了实现有效地控制柴油机HCCI燃烧的方法,研究成果对进一步的试验研究及今后开发实用的HCCI柴油机具有重要的指导意义和实用价值。
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