转速对甲醇HCCI燃烧特性的影响试验研究

新能源汽车转速对甲醇HCCI燃烧特性的影响试验研究薛乐(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- -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-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。[ Abstract] An experiment of HCCI combustion characteristics fueled with methanol is done ona 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 withthe increase of engine speed within limits, and there is an optimal engine speed which can make thecylinder 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. issn. 1007 -4554. 2012. 04. 060引言1试验仪器和设备在能源危机和排放法规8益严峻的今天,节试验中所使用的发动机为CT2100Q,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.表1发动机具体参数很有希望的新型燃烧方式"。均质压燃是- -种均项目参数质混合气通过压缩方式实现着火的燃烧方式,它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/mm100x 105的混合气几乎同时开始着火,没有明显的火焰传排量/mL1 650压缩比17: I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/2 600 (r/min)提高了热效率[2]。影响均质压燃的因素有很多,最大扭矩/相应转速110N.m/2 000 (x/ min)进气门开启角/°CA17 BTDC例如:进气温度、过量空气系数、配气相位、发动机进气门关闭角/CA43 ABDC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/9CA47 BBDC燃烧性能的影响。.排气门关闭角/°CA17 ABDC收稿日期: 2012 -02 -06●24.上海汽车2012. 04.新能源汽车为了能在此发动机上很好地实现均质压燃模2.0fr=1100/mins =l 300r/min式将发动机的两个气缸其中-个用作HCCI试验气缸,另外-一个则供给普通柴油,两者的进气系」n-900r/minT-160^c1.5。5统、供油系统和排气系统分别是独立的,在需要时切换到HCCI模式下运行,从而有效地实现了甲醇.r=1 3007/mo.5在HCCI模式的运行。试验中使用的主要仪器如,k向100/mj\1m-900 /min0.0出表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81 转速对缸压和压力升高率的影响一1燃烧分析仪CB566日本小野公司2电涡流测功机FST2C(CW25)|奥地利 AVL公司]3003压电式压力传感器6052AKistler250| T =160°C电荷放大器5019B千20同100 /min/nr1 300 r/min在试验中,压电式压力传感器安装在HCCI试n=900 r/min100验气缸上,燃烧分析仪记录每个工况下60个循环50一的缸内压力数据，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。图2转速对放热率的影响2试验结果分析90%时所对应的曲轴转角记为CA10、CA50、2.1转速对缸压和压力升高 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1 000 r/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--步升高,发动机每循环所推迟,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--步升高,燃烧持续期基本保持不变负荷增加13.4 ,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转速对燃烧情况的影响1100r/min的转速下燃烧最好,提高转速不能对-般将燃料的累积放热率为10%、50%和燃烧持续期造成明显的影响。上海汽车2012. 04●25●.新修源汽车.0T+CA10 )14T =160°C▲CA50/3结语.5+12(1)混合气浓度和进气温度-定的情况下,存在一个最适宜的温度,使得发动机的燃烧最优。+1(2)在较低转速范围内,转速对燃烧持续期影.0|响较大,而在转速较大时,对其影响不明显。900 1000 1100 1200 1 300转速(r/min)(3)总体来说,在较低转速范围内，转速对燃烧的影响较为明显,而在稍高的转速时，转速对燃图3转速对着 火时刻的影响烧的影响作用不是很明显。参考文献241T=160°CE2[1] 魏志鹏,谢辉,何邦全等.甲醇/乙醇/汽油HCCI燃绕和排放特性对比[J].内燃机学报,2007 ,25(3) 223-228.16-[2] 苏万华,赵华,王建昕等.均质压燃低温燃烧发动机理1论与技术[ M].北京:科学出版社,2010.12[3] 张波,尧命发,郑尊清等运行T况对基础燃料均质压9001000110012001300燃燃烧过程影响的试验研究[J].内燃机学报, 2006,24 (4):308-314.[4]陈韬,何邦全,谢辉 等HCCI甲醇发动机的燃烧与排放图4转速对燃烧持续期的影响特性[J].燃烧科学与技术,2007 ,13(2) 17-182.(上接第23页)理由如下:视野略有降低(相比双臂雨刮),但面,不仅要考虑外观形式、成本,还需要有一定的可以满足法规要求;目前带增角器的雨刮结构在国创新和特色,这样才能保证产品的竞争性。不同内轿车上已经开始少量应用，如比亚迪和丰田一些的外观形式就意味着会有不同的零部件的形状、越野车型上;成本有较大优势,估计成本会较传统双颜色、涂层、成形和沟缘,并将影响基本的车辆结刮臂前风窗雨刮降低- -半 左右;安装工时估计降低构。而其成本与其它目标往往会互相矛盾,设计一半左右;该结构属于技术进步型的成本优化,不是时要综合考虑。产品的创新与特色,方向主要是单纯的降低技术要求等简单降本手段。在减少噪声、简化结构、提高性能、增加寿命和降综上所述，带刮角增大器的雨刮结构在轿车低成本方面。特别是经济型轿车上由于成本优势具有广阔的应用空间。4结语[1] 谷正气.轿车车身[M].北京:人民交通出版社,2002.[2] 温吾凡汽车人体工程学[M].吉林:吉林科学技术出雨刮的设计是一个系统工程,涉及到方方面版社,1991.●26.上海汽车2012.04.