压燃式内燃机的燃烧路径与排放控制

1、 武汉理工大学 Wuhan University of Technology压燃式内燃机的燃烧路径与排放控制 武汉理工大学 Wuhan University of Technology授课人：刘丙善压缩终点时未燃混合气压缩终点时未燃混合气30003000250025002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0过量空气系数过量空气系数温度温度K K柴油机主要排气污染物的形成条件 武汉理工大学 Wuhan University of Technology压缩终点时未燃混合气压缩终点时未燃混合气3000300025002

2、5002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0过量空气系数过量空气系数温度温度K K燃烧混合气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 Wuhan University of Technology碳烟形成碳烟形成30003000250025002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0过量空气系数过量空气系数温度温度K K燃烧混合气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 Wuhan University of

3、 Technologyppm NOppm NO50050010010060602020碳烟形成碳烟形成30003000250025002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0过量空气系数过量空气系数温度温度K K燃烧混合气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 Wuhan University of Technologyppm NOppm NO50050010010060602020碳烟形成碳烟形成30003000250025002000200015001500100010005005000 00

4、00,50,51,01,01,51,52,02,0过量空气系数过量空气系数温度温度K K燃烧混合气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 Wuhan University of Technology 武汉理工大学 Wuhan University of Technology课堂目标认识-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 Wuhan University of Technology课堂目标认识-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

5、 Wuhan University of Technology-T图：研究柴油燃烧路径的常用工具-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 Wuhan University of TechnologySoot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限滞燃期 武汉理工大学 Wuhan University of Technology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

6、，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 Wuhan University of Technology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 Wuhan University of TechnologySoot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

7、理工大学 Wuhan University of TechnologyNOX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 Wuhan University of Technology课堂目标认识-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 Wuhan Universit

8、y of Technology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l 可变配气相位l 可变压缩比l 进气中冷调节 武汉理工大学 Wuhan University of Technology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l 十六烷值改进剂l 燃料重整l 混合燃料 武汉理工大学 Wuhan University of Technology改变绝热火焰温度改变燃烧温度是降低N

9、OX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l 推迟喷油l 废气再循环l 低温燃烧 武汉理工大学 Wuhan University of Technology课堂目标认识-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 Wuhan University of TechnologySoot生成区NOX生成区CO/UHC氧化受限高效清洁燃烧区1500KT2200K当量比 2SICIHCCILTC均质压燃，低温燃烧燃烧过程不可控PCCIPPCPCIH

10、CCI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 Wuhan University of Technology浓度、温度分层有助于控制HCCI燃烧过程和放热过程。p基于纯柴油的组合燃烧路径p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 Wuhan University of TechnologyFrom： Prof. Dr.-ing Spicher ：SI-Gas exchange and mixture formation, M 276 DE 35 Engine （奔驰S级轿车）From：F. Al

11、tenschmidt et al: The Spark Ignition Engine of the Future, Strasbourg 2011 4缸GDI（奥迪轿车）来自汽油机的启发 武汉理工大学 Wuhan University of Technology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PCCIPPCPCIHCCI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 Wuhan University of Technology组

12、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 Wuhan University of Technology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

13、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 Wuhan University of Technology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. An Experimental Investigation into Diesel Engine Size-Scaling Parameters. 2

14、. Hardy, etc. A Study of the Effects of High EGR, High Equivalence Ratio, and Mixing Time on Emissions Levels in a Heavy-Duty Diesel Engine for PCCI Combustion.3.Hanson, etc. Operating a Heavy-Duty Direct-Injection Compression-Ignition Engine with Gasoline for Low Emissions.4. Hanson, etc. An Experimental Investigation of Fuel Reactivity Controlled PCCI Combustion