1、 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒路徑與排放控制 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology授課人：劉丙善壓縮終點(diǎn)時(shí)未燃混合氣壓縮終點(diǎn)時(shí)未燃混合氣30003000250025002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)溫度溫度K K柴油機(jī)主要排氣污染物的形成條件 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology壓縮終點(diǎn)時(shí)未燃混合氣壓縮終點(diǎn)時(shí)未燃混合氣3000300025002

2、5002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)溫度溫度K K燃燒混合氣燃燒混合氣柴油機(jī)主要排氣污染物的形成條件 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology碳煙形成碳煙形成30003000250025002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)溫度溫度K K燃燒混合氣燃燒混合氣柴油機(jī)主要排氣污染物的形成條件 武漢理工大學(xué) Wuhan University of

3、 Technologyppm NOppm NO50050010010060602020碳煙形成碳煙形成30003000250025002000200015001500100010005005000 00 00,50,51,01,01,51,52,02,0過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)溫度溫度K K燃燒混合氣燃燒混合氣柴油機(jī)主要排氣污染物的形成條件 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technologyppm NOppm NO50050010010060602020碳煙形成碳煙形成30003000250025002000200015001500100010005005000 00

4、00,50,51,01,01,51,52,02,0過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)溫度溫度K K燃燒混合氣燃燒混合氣柴油機(jī)主要排氣污染物的形成條件 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology課堂目標(biāo)認(rèn)識(shí)-T圖（當(dāng)量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變?nèi)紵窂浇档团欧诺耐緩?了解柴油機(jī)低溫燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展3 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology課堂目標(biāo)認(rèn)識(shí)-T圖（當(dāng)量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變?nèi)紵窂浇档团欧诺耐緩?了解柴油機(jī)低溫燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展3 武漢理工大學(xué)

5、 Wuhan University of Technology-T圖：研究柴油燃燒路徑的常用工具-T圖含三島、一柱、一線， Soot島、NOX島、CO/UHC氧化受限島位置固定不變。三島Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限油氣混合線初始著火區(qū)某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-滯燃期滯燃階段：在到達(dá)著火溫度之前，燃油與進(jìn)氣混合，當(dāng)量比快速減小。 武漢理工大學(xué) Wuhan University of TechnologySoot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限滯燃期 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-急燃期急燃期：預(yù)混混合氣迅速燃燒

6、，部分燃料熱能急速釋放；燃燒粗暴，進(jìn)入Soot生成區(qū)。滯燃期急燃期Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-緩燃期緩燃期：擴(kuò)散火焰中缺氧燃燒產(chǎn)物繼續(xù)與氧混合釋放熱量，進(jìn)入NOX生成區(qū)。滯燃期急燃期緩燃期Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-后燃期后燃階段：燃燒產(chǎn)物在燃燒室內(nèi)部持續(xù)擴(kuò)散，部分未燃碳?xì)浜虲O被繼續(xù)氧化。 武漢理工大學(xué) Wuhan University of TechnologySoot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限滯燃期急燃期緩燃期后燃期 武漢

7、理工大學(xué) Wuhan University of TechnologyNOX與Soot的“Trade-off”關(guān)系某重型柴油機(jī)A100工況：常規(guī)燃燒模式下，推遲主噴正時(shí)和提高噴油壓力不能解決NOX和Soot之間的矛盾。NOXSoot 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology課堂目標(biāo)認(rèn)識(shí)-T圖（當(dāng)量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變?nèi)紵窂浇档团欧诺耐緩?了解柴油機(jī)低溫燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展3改變?nèi)紵窂浇档团欧诺难芯吭O(shè)想Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限延長滯燃期，抑制Soot生成量降低燃燒溫度，抑制NOX生成量 武漢理工大學(xué) Wuhan Universit

8、y of Technology改變油氣混合線油氣混合線的位置主要取決于工質(zhì)的溫度，可變配氣相位是有效的實(shí)現(xiàn)方法。Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限調(diào)節(jié)油氣混合線著火區(qū)l 可變配氣相位l 可變壓縮比l 進(jìn)氣中冷調(diào)節(jié) 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology改變初始著火區(qū)初始著火區(qū)的位置取決于燃料活性，添加劑、燃料重整和混合是有效方法。Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限改變初始著火區(qū)著火區(qū)l 十六烷值改進(jìn)劑l 燃料重整l 混合燃料 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology改變絕熱火焰溫度改變?nèi)紵郎囟仁墙档蚇

9、OX和Soot排放的關(guān)鍵，EGR和低溫燃燒是常用的方法。Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限調(diào)節(jié)絕熱火焰溫度l 推遲噴油l 廢氣再循環(huán)l 低溫燃燒 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology課堂目標(biāo)認(rèn)識(shí)-T圖（當(dāng)量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變?nèi)紵窂浇档团欧诺耐緩?了解柴油機(jī)低溫燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展3理想的燃燒路徑 武漢理工大學(xué) Wuhan University of TechnologySoot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限高效清潔燃燒區(qū)1500KT2200K當(dāng)量比 2SICIHCCILTC均質(zhì)壓燃，低溫燃燒燃燒過程不可控PCCIPPCPCIH

10、CCI與CI相結(jié)合，EGR負(fù)荷受限提高燃燒全歷程的混合速率，并控制缸內(nèi)的燃燒溫度。燃燒相關(guān)概念的演繹 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology濃度、溫度分層有助于控制HCCI燃燒過程和放熱過程。p基于純柴油的組合燃燒路徑p基于雙燃料的RCCI燃燒路徑拓寬負(fù)荷范圍的低溫燃燒研究路徑 武漢理工大學(xué) Wuhan University of TechnologyFrom： Prof. Dr.-ing Spicher ：SI-Gas exchange and mixture formation, M 276 DE 35 Engine （奔馳S級(jí)轎車）From：F. Al

11、tenschmidt et al: The Spark Ignition Engine of the Future, Strasbourg 2011 4缸GDI（奧迪轎車）來自汽油機(jī)的啟發(fā) 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology在柴油機(jī)典型的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以依據(jù)負(fù)荷采用不同的燃燒模式。SICIHCCILTC均質(zhì)壓燃，低溫燃燒燃燒過程不可控PCCIPPCPCIHCCI與CI相結(jié)合，EGR負(fù)荷受限典型低溫燃燒高密度低溫燃燒預(yù)混低溫燃燒負(fù)荷拓展，覆蓋全工況中等負(fù)荷高負(fù)荷低負(fù)荷組合燃燒模式 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology組

12、合模式降低NOX和Soot排放的出發(fā)點(diǎn)典型低溫燃燒 通過高EGR降低燃燒溫度和氧濃度來降低 NOX排放； 通過高EGR率降低燃燒溫度，抑制碳煙生成。高密度-低溫燃燒 通過適當(dāng) EGR 率、進(jìn)氣門晚關(guān)和高充量密度降低燃燒溫度來降低 NOX排放； 通過增強(qiáng)燃氧混合率降低碳煙生成率，提高燃燒后期的碳煙氧化率來降低碳煙。預(yù)混低溫燃燒 通過海量EGR率、多段噴油，降低氧濃度抑制火焰溫度，降低NOX排放； 通過降低著火時(shí)刻的燃氧當(dāng)量比避開碳煙生成區(qū)。 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology基于雙燃料的RCCI燃燒模式 柴油直噴進(jìn)入缸內(nèi)，而易揮發(fā)、活性低的燃料預(yù)噴進(jìn)入進(jìn)氣

13、道，形成均質(zhì)混合氣； 柴油發(fā)揮引燃作用。適宜進(jìn)氣道噴射的燃料：汽油、甲醇、乙醇、天然氣等。通過兩種燃料的比例、燃料的噴射正時(shí)、EGR率的綜合控制，獲得期望的燃燒速率和溫度，解決NOX與Soot及油耗之間的矛盾。 武漢理工大學(xué) Wuhan University of Technology燃油供給示意燃燒模式與能量流IMEP=9bar；轉(zhuǎn)速相同：RCCI燃燒損失增大，但排氣及冷卻帶走熱量減少，轉(zhuǎn)化為有用功的熱量明顯提升。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