贫氧条件下高辛烷值燃料喷雾混合气形成及其低温燃烧过程的基础研究

均质压燃(HCCI)实现汽油机大幅度节能意义重大，但其燃烧控制是国际难题。而废气氛围可控燃料改质是控制HCCI燃烧过程的重要途径之一。本项目对贫氧条件下高辛烷值燃料喷雾混合气形成及其低温燃烧过程进行光学诊断、燃烧模拟和热功转换过程三方面的基础性研究。在定容燃烧弹中获取贫氧条件下喷雾蒸发的混合气浓度分布、燃烧改质过程中的中间产物和放热规律的实验数据，发展宽域汽油氧化反应动力学代用模型。在此基础上，耦合复杂化学反应机理，对汽油直喷HCCI发动机的喷雾、混合气形成、燃料改质以及着火和燃烧过程进行三维多循环数值模拟，并结合HCCI发动机实验，揭示燃料改质产生的组分效应和温度效应对主燃的作用机理，阐明缸内直喷燃料改质期间的热功转换规律和高效利用方法，提出缸内直喷燃料改质的HCCI燃烧组织准则。本项目研究是对HCCI燃烧理论的进一步发展，为汽油机高效清洁燃烧提供科学依据。

均质压燃(HCCI)实现汽油机大幅度节能意义重大，但其着火燃烧控制是国际难题。而贫氧条件下高辛烷值燃料缸内直喷形成的低温燃烧过程可控并且热效率高，但其喷雾混合气形成和着火燃烧过程的国际上基础研究匮乏。本项目对贫氧条件下高辛烷值燃料喷雾混合气形成及其低温燃烧过程进行光学诊断、燃烧模拟和热功转换过程三方面的基础性研究。获取了定容燃烧弹中贫氧条件下喷雾、着火和燃烧的实验数据，发展了汽油氧化反应动力学代用模型，数值模拟了汽油类燃料直喷压燃发动机的喷雾、混合气形成以及着火和燃烧过程，获得了高辛烷值燃料贫氧条件下的低温燃烧特性，试验测试了高EGR率条件下高辛烷值燃料直喷压燃的燃烧排放特性，提出缸内直喷燃料组织高效清洁燃烧的燃烧组织准则。本项目研究是对HCCI燃烧理论的进一步发展，阐明了缸内直喷燃料燃烧的热功转换规律和高效利用方法，为汽油类燃料高效清洁燃烧提供了科学依据。.主要研究进展：1）获得了各种高温高压贫氧下高辛烷值燃料的着火燃烧数据：设计开发了高温高压定容燃烧弹可视化试验平台，可以进行纹影法、高速直接摄影法、双色法、LIF、LII，研究混合气形成、火焰形态、温度分布和碳烟生成排放特性。2）获得了高辛烷值燃料贫氧条件下的低温燃烧特性：在上止点附近进行了不同高辛烷值燃料（汽油、乙醇、甲醇）喷射，燃料在高温贫氧的EGR氛围中喷雾、混合气形成，并发生热解、氧化。结果表明：当氧含量较高时，燃料氧化产生大量的热。废气温度对于活化热氛围的形成起到关键作用，活性成分的增加顺序为汽油<乙醇<甲醇。3）发展了精简的汽油表征燃料机理：包含30 种组分、38 步反应的氧化机理，为高碳烃分子的低温反应、高碳烃分子裂解为低碳烃分子以及低碳烃小分子的氧化。4）获得了高EGR率条件下高辛烷值含氧燃料直喷压燃的高效清洁燃烧：通过汽油气道喷射甲醇缸内直喷压燃，不但控制燃烧相位，而且抑制爆震，大幅度拓展发动机负荷，碳烟和NOx排放均较低。