汽车安全与节能学报 ›› 2020, Vol. 11 ›› Issue (4): 518-528.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.012
任烁今1(
), 张明1, 郭勇1, 颜燕1, 王志2, 王建昕2
收稿日期:2020-08-22
出版日期:2020-12-30
发布日期:2021-01-04
作者简介:任烁今(1990—),男 (汉),河北,工程师。E-mail:renshuojin@163.comz。
REN Shuojin1(
), ZHANG Ming1, GUO Yong1, YAN Yan1, WANG Zhi2, WANG Jianxin2
Received:2020-08-22
Online:2020-12-30
Published:2021-01-04
摘要:
为了解决多缸内燃机双燃料燃烧在中高负荷粗暴燃烧的问题,该文先后采用试验和模拟的方法研究了降低压缩比(CR)对双燃料燃烧中高负荷特性的影响。结果表明:试验中随着压缩比从17.4降低至14.5,均质混合引燃 (HCII)燃烧能够达到的最高汽油比例从33%左右上升至54 %左右。NOx、碳烟(Soot)和CO排放均能够进一步降低,而碳氢化合物总量(THC)排放则有所增加。模拟中,压缩比降低后汽油组分局部温度降低可达到750 K左右; 双燃料燃烧的NOx和Soot主要产生于柴油扩散燃烧区域,随着汽油比例的升高NOx和Soot排放可得到降低;汽油自燃可以有效消除燃烧室狭缝中残留的THC以及汽油不完全燃烧产生的CO排放。总之,通过适当降低压缩比能够在一定程度上改善双燃料燃烧在中高负荷的粗暴燃烧问题,并改善其燃烧排放特性。
中图分类号:
任烁今, 张明, 郭勇, 颜燕, 王志, 王建昕. 压缩比对双燃料发动机中高负荷影响的试验和模拟[J]. 汽车安全与节能学报, 2020, 11(4): 518-528.
REN Shuojin, ZHANG Ming, GUO Yong, YAN Yan, WANG Zhi, WANG Jianxin. Experimental and numerical investigation of effects of compression ratio on dual-fuel combustion at medium and high load[J]. Journal of Automotive Safety and Energy, 2020, 11(4): 518-528.
| 参数 | 汽油 | 柴油 |
|---|---|---|
| 十六烷值CN | - | 56.5 |
| 辛烷值RON | 95.1 | - |
| 密度(20 ℃) /(kg·L-1) | 0.753 | 0.830 |
| 热值 /(MJ·kg-1) | 42.84 | 42.68 |
| 运动粘度 (20 ℃) /(mm2·s-1) | 0.75 | 4.13 |
| 硫质量分数含量 / 10-6 | 21.0 | 4.3 |
| 参数 | 汽油 | 柴油 |
|---|---|---|
| 十六烷值CN | - | 56.5 |
| 辛烷值RON | 95.1 | - |
| 密度(20 ℃) /(kg·L-1) | 0.753 | 0.830 |
| 热值 /(MJ·kg-1) | 42.84 | 42.68 |
| 运动粘度 (20 ℃) /(mm2·s-1) | 0.75 | 4.13 |
| 硫质量分数含量 / 10-6 | 21.0 | 4.3 |
| 化学机理 | 汽柴油多组分机理[ |
|---|---|
| 状态方程 | Redlich-Kwong方程 |
| 燃烧模型 | SAGE-Multizone模型 |
| 喷雾模型 | 破碎模型,KH-RT修正模型 |
| 蒸发模型,Frossling校正模型 | |
| 碰撞模型,NTC模型 | |
| 湍流模型 | RANS(RNG k-ε)模型 |
| NOx模型 | PRF-PODE3机理中的NOx子机理 |
| Soot模型 | Hiroyasu-NSU模型 |
| 化学机理 | 汽柴油多组分机理[ |
|---|---|
| 状态方程 | Redlich-Kwong方程 |
| 燃烧模型 | SAGE-Multizone模型 |
| 喷雾模型 | 破碎模型,KH-RT修正模型 |
| 蒸发模型,Frossling校正模型 | |
| 碰撞模型,NTC模型 | |
| 湍流模型 | RANS(RNG k-ε)模型 |
| NOx模型 | PRF-PODE3机理中的NOx子机理 |
| Soot模型 | Hiroyasu-NSU模型 |
| [1] | Kokjohn S L, Hanson R M, Splitter D A, et al. Experiments and modeling of dual-fuel HCCI and PCCI combustion using in-cylinder fuel blending[R]. SAE Paper, 2009-01-2647. |
| [2] | Reitz R D, Duraisamy G. Review of high efficiency and clean reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion in internal combustion engines[J]. Prog Energ Comb Sci, 2015,46:12-71. |
| [3] | Kokjohn S, Hanson R, Splitter D, et al. Fuel reactivity controlled compression ignition (RCCI): A pathway to controlled high-efficiency clean combustion[J]. Int’l J Engi Res, 2011,12(3):209-226. |
| [4] | Splitter D, Wissink M, Delvescovo D, et al. RCCI engine operation towards 60% thermal efficiency[R]. SAE Paper, 2013-01-0279. |
| [5] | Kokjohn S, Hanson R, Splitter D, et al. Fuel reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion in light- and heavy-duty engines[R]. SAE Paper, 2011-01-0357. |
| [6] | Benajes J, Pastor J V, García A, et al. The potential of RCCI concept to meet Euro VI NOx limitation and ultra-low soot emissions in a heavy-duty engine over the whole engine map[J]. Fuel, 2015,159:952-961. |
| [7] | 王建昕, 蒋恒飞, 王燕军, 等. 汽油均质混合气柴油引燃 (HCII) 燃烧特性的研究[J]. 内燃机学报, 2004,22(5):391-396. |
| WANG Jianxin, JIANG Hengfei, WANG Yanjun, et al. Study on the combustion characteristics of homogeneous charge induced ignition (HCII) for gasoline Engine[J]. Trans CSICE, 2004,22(5):391-396. (in Chinese) | |
| [8] | JIANG Hengfei, WANG Jianxin, SHUAI Shijin. Visualization and performance analysis of gasoline homogeneous charge induced ignition by diesel[R]. SAE Paper, 2005-01-0136. |
| [9] | YU Chao, WANG Zhi, WANG Jianxin. Sequenced combustion characteristics, emission and thermal efficiency in gasoline homogeneous charge induced ignition[J]. Appl Energ, 2014,124:343-353. |
| [10] | REN Shuojin, WANG Boyuan, ZHANG Jun, et al. Application of dual-fuel combustion over the full operating map in a heavy-duty multi-cylinder engine with reduced compression ratio and diesel oxidation catalyst[J]. Energ Conv Manag, 2018,166:1-12. |
| [11] | CHANG Zhanteng, YU Chao, ZHANG Haiyan, et al. Experimental investigation of homogeneous charge induced ignition (HCII) with low-pressure injection to reduce Pm emissions in a heavy-duty engine[J]. SAE Int’l J Engi, 2016,9(3):1559-1570. |
| [12] | Hanson R, Ickes A, Wallner T. Comparison of RCCI operation with and without EGR over the full operating map of a heavy-duty diesel engine[R]. SAE Paper, 2016-01-0794. |
| [13] | Richards K J, Senecal P K, Pomraning E. Convergent Science, Inc., Madison, WI. [2017-09-13],2016. https://convergecfd.com/ |
| [14] | REN Shuojin, Kokjohn S L, Wang Z, et al. A Multi-component wide distillation fuel (Covering gasoline, jet fuel and diesel fuel) mechanism for combustion and Pah prediction[J]. Fuel, 2017,208:447-468. |
| [15] | Kalghatgi G, Babiker H, Badra J. A simple method to predict knock using toluene, N-heptane and iso-octane blends (TPRF) as gasoline surrogates[R]. SAE Paper, 2015-01-0757. |
| [16] | TONG Dehui, REN Shuojin, LI Yunqiang, et al. Performance and emissions of gasoline homogeneous charge induced ignition (HCII) by diesel through whole operating range on a heavy-duty multi-cylinder engine[J]. Fuel, 2017,197:259-271. |
| [1] | 谢元鹏, 张甫仁, 谭海坤, 肖康, 邱帅帅, 孙世政. 锂离子电池新型分支通道翅片液体冷却板的设计优化[J]. 汽车安全与节能学报, 2025, 16(3): 443-451. |
| [2] | 尹鹏, 许敏. 闪沸喷雾孔几何形状对孔内流动特性影响的数值模拟[J]. 汽车安全与节能学报, 2024, 15(3): 360-367. |
| [3] | 钱伟伟, 石秀勇, 李松, 帅石金. 氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究[J]. 汽车安全与节能学报, 2023, 14(5): 618-627. |
| [4] | 宋波, 孙凯, 车志钊, 陈锐, 刘怀宇, 任美林, 王天友. 能量管理策略对燃料电池客车热管理系统性能的影响[J]. 汽车安全与节能学报, 2022, 13(3): 526-534. |
| [5] | 蔡森林, 魏名山, 宋盼盼, 魏洪革. 基于直流道液冷板的动力电池冷却性能仿真[J]. 汽车安全与节能学报, 2021, 12(3): 380-385. |
| [6] | 张志永, 高定伟, 赖海鹏, 张彬, 邢化锋. 高压缩比汽油机分层压燃效果的光学诊断[J]. 汽车安全与节能学报, 2021, 12(3): 410-416. |
| [7] | 孙剑, 耿路, 赖海鹏, 高定伟, 于书海. 稀混合气火花辅助压燃中着火温度影响及其控制参数研究[J]. 汽车安全与节能学报, 2021, 12(2): 232-242. |
| [8] | 陈宇瑶, 魏明锐. 甲烷内部重整的固体氧化物燃料电池三维多物理场数值模拟[J]. 汽车安全与节能学报, 2021, 12(2): 243-250. |
| [9] | 何平, 阮浩达, 梅加化, 王丛洋, 李赵洋. 微喷引燃条件下双燃料喷油器针阀的冷却策略[J]. 汽车安全与节能学报, 2020, 11(3): 406-412. |
| [10] | 陈 虎, 贾 宁, 刘小平, 刘永亮, 李泽峰, 胡国锐. 深度 Miller循环在增压直喷汽油机上的仿真和试验[J]. 汽车安全与节能学报, 2019, 10(3): 366-373. |
| [11] | 佟德辉,任烁今,李云强,王志坚,张海燕,王志,王建昕. 降低压缩比改善HCII 燃烧中高负荷特性的试验研究[J]. JASE, 2016, 07(04): 412-419. |
| [12] | 谢宗法, 张炯, 张开宇, 常英杰, 黄玉珍. 进气门早关对汽/ 柴油混合燃料燃烧特性的影响[J]. 汽车安全与节能学报, 2016, 07(04): 442-448. |
| [13] | 李超,张 聪,侯俊才,吴筱敏. 直交流电场对甲烷—空气预混球形扩展火焰的影响[J]. JASE, 2016, 07(01): 78-85. |
| [14] | 王栋,王亚军,施欲亮,吴沈荣,赵正,吴特. 汽车夹层风挡玻璃的数值模拟和试验验证[J]. 汽车安全与节能学报, 2014, 5(03): 263-269. |
| [15] | 刘永峰, 贾晓社, 裴普成, 卢勇. 用液氧固碳技术的内燃机富氧燃烧数值模拟和试验[J]. 汽车安全与节能学报, 2014, 5(01): 76-82. |
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