低、高温双阶段燃烧及其有害物排放控制机理研究

以HCCI为表征的低温燃烧（LTC）具有超低排放的特征。但其低温、稀燃的固有特性限制了工况适用范围。以LTC作为第一阶段燃烧，在LTC燃烧完成后形成的高温（2000K）、高已燃废气比例氛围下再组织一次"高温"燃烧。优化EGR率、两阶段燃烧加热量份额、喷射参数、进气参数及缸内流动状态等核心燃烧边界使得第二阶段燃烧反应区分布在高温且较浓的区域，同时避开空燃比-反应区温度图中微粒和氮氧化物的生成岛并强化微粒的后期氧化作用。基于CFD模拟、全气缸取样揭示双阶段燃烧模式下PM、NOx生成抑制和消亡强化的机理及高废气氛围下NOx岛的迁移特性。主动控制燃烧边界、优化各阶段放热量和放热率模式，在保证超低排放的前提下充分提升该燃烧模式的热效率及工况适用范围。本课题所提出的"均质低温稀燃"耦合"高温燃烧"双阶段燃烧模式既具备了超低排放特性又可克服LTC燃烧适用工况较窄的问题，具有一定的理论创新性和实用性。

本项目核心内容是探讨一种准均质低温燃烧耦合高已燃气体、高温氛围下再进行一段高温燃烧的新型燃烧模式，并探讨该燃烧模式实现超低排放的可行性及其特异性。项目运行过程中开展了燃烧模式实现及优化，HC、CO排放特异性，核心参数对燃烧过程、有害物排放影响规律，缸内微观场迁移特性，面向高效、低排放的燃烧过程组织途径等研究，并取得了如下成果。开发了双流量EGR率测量系统解决了循环精度EGR率测量难题；基于大提前角有功预喷耦合柔性主喷实现了高适用工况范围的双阶段燃烧模式；确定了首阶段喷油量阈值，明确了该燃烧模式适用工况范围；揭示了双阶段燃烧下CO非线性降低及第一阶段HC总生成量稳定、总HC排放非线性增加的特征；揭示了双阶段燃烧模式下缸内微观场迁移、有害物生成及转化机制，明确了协同优化方法及该燃烧模式的应用前景。最后结合本项目研究成果及相关研究成果、成型理论归纳了车用内燃机高效超低排放燃烧模式应具备的特征及关键科学问题。