混合气浓度分布控制改善柴油低温预混燃烧碳氢排放的研究

柴油低温预混燃烧的高碳氢排放是影响燃烧效率的主要因素之一。本项目提出了一种基于缸内混合气浓度空间分布控制来改善柴油低温预混燃烧碳氢排放的新思路。通过缸内混合气浓度空间分布的测量与分析，确定混合气浓度的定量表征方法，探明其分布规律，探讨EGR温度和EGR率对缸内混合气浓度空间分布的迁移规律，利用多段燃油喷射的耦合控制，实现高EGR率条件下混合气浓度空间分布的优化控制，减少缸内混合气过稀区和过浓区燃油比例，探讨多段燃油喷射与EGR对柴油低温预混燃烧碳氢排放的控制作用。本项目着重探索缸内混合气浓度分布的测量与分析方法、影响规律以及混合气浓度空间控制方法和优化策略，将为实现超低排放低温预混燃烧的低碳氢排放、高燃烧效率优化提供一条新的途径。

本基金项目面向内燃机缸内混合气分布控制，研究了一种利用缸内多段燃油喷射控制缸内空间不同区域混合气浓度方法，对缸内混合气浓度空间分布特性、混合气浓度分布影响因素、多段喷射参数对混合气浓度分布控制规律以及耦合EGR与多段喷射条件下柴油低温燃烧的燃烧与排放特性等关键问题开展了相关研究，主要技术要点包括： .（1）缸内混合气浓度分布规律及特征区域研究。针对柴油低温燃烧缸内燃油早喷过程中，燃油蒸发、卷吸、碰撞等效应对混合气浓度空间分布的影响，研究了单次燃油喷射后，缸内混合气形成过程中浓度分布规律，针对不同特征区域，进行了随时间变化混合气浓度分布变化过程的研究。证明了单次早喷过程，沿燃油喷射方向自喷嘴至缸壁混合气浓度递增的不均匀特征区域，此两端较稀、较浓区域会造成UHC排放严重，探明了喷射压力、喷射脉宽以及缸内压力、温度等参数对混合气浓度场的影响规律。.（2）多段喷射参数对缸内混合气浓度分布控制研究。围绕通过多段喷射可以减少单段喷射时柴油喷雾造成的高浓度聚集区域，减小未燃碳氢排放的思路，开展了2~4段燃油喷射参数对柴油早喷过程混合气浓度的控制研究。研究表明喷射次数对混合气空间浓度分布有显著影响，喷射次数与每次喷射持续时间会造成缸内射流速度变化，从而对混合气浓度分布造成影响。多段喷射时间间隔对燃油蒸发速率以及多段喷射气流的叠加与耦合也有着重要的影响：间隔时间越短，各段喷射气流间的耦合效果更明显，缸内平均湍流时间尺度提升快。采用优化的多段燃油喷射方法，可以显著改善早喷过程燃油蒸发比例，并提高混合气均匀度。.（3）EGR耦合作用对柴油低温燃烧影响规律研究。针对EGR的稀释效应和热效应耦合作用，采用冷热EGR协同控制研究了EGR率和进气混合温度对柴油低温燃烧影响规律，研究证明了EGR对柴油低温燃烧的耦合作用，利用其稀释作用可以实现燃烧相位控制，利用其热效应可以改善早喷燃油的混合气形成。.（4）EGR与多段喷射耦合控制低温燃烧的研究。开展了不同EGR率下多段燃油喷射喷射参数对柴油低温燃烧参数和排放参数的影响研究，探讨了多段喷射参数与EGR耦合控制低温燃烧的方法。针对燃烧和排放特性优化，进行了喷射比例在大EGR条件下的影响规律研究。最终确定了在20%EGR率的情况下，最优的喷射两次喷射参数，可以显著降低柴油低温燃烧的油耗，并维持较低的排放。