汽油部分预混压燃发动机高效清洁燃烧的基础研究

本项目应用燃料化学与燃烧边界条件协同控制的理论与方法，通过对内燃机燃烧室内工质成分（燃料、空气、再循环气体和十六烷值增强剂）的浓度、温度及其化学活性的分层控制，开展汽油部分预混压燃（PPCI）燃烧方式的基础研究，以实现发动机可控的高效、清洁与低噪声燃烧。研究内容包括：不同运行工况下燃油喷射策略对混合气形成、燃烧相位与速率的影响规律及其调控方法研究；不同配比替代汽油混合燃料（甲苯参比燃料）理化特性及其混合气流态、热分层和浓度分布对自燃着火过程的影响；计算机自动机理简化程序的开发；替代汽油混合燃料与十六烷值增强剂（CNI）、EGR气体主要活性成分反应详细机理的简化及其与CFD的耦合计算；不同燃烧边界条件、燃料化学和CNI 、EGR气体活性成分协同控制效应及其对PPCI发动机燃烧与排放特性影响的数值模拟与实验验证。通过上述研究，提出不同辛烷值汽油PPCI发动机洁净高效燃烧的多参数优化匹配准则。

汽油部分预混压燃（PPCI）新型燃烧方式，具有低NOx、低碳烟排放的潜在优势，但也存在着火点和燃烧相位难以控制，负荷范围有限，HC和CO排放较高等问题。本项目应用燃料化学与燃烧边界条件协同控制的理论与方法，通过对内燃机燃烧室内工质成分（燃料、空气、再循环气体和十六烷值增强剂等）的浓度、温度及其化学活性的分层控制，深入开展了汽油PPCI燃烧方式的研究，以实现其高效洁净燃烧。.本项目已完成的工作内容和取得的研究成果主要有：.开展了汽油PPCI发动机台架试验，研究内容包括燃油分段喷射、进气加热、喷雾热强化、燃油反应活性控制技术（RCCI）、EGR，以及燃料改质等对汽油PPCI燃烧影响的研究。通过控制充量成分和温度的不均匀性，实现了对汽油PPCI着火和燃烧过程的控制。.应用高速摄影和激光诱导炽光法(LII)对燃油喷射雾化、预混合气形成及其燃烧过程进行了可视化定量观测，判明了燃油性质、喷油特性参数和燃烧室压力对喷雾着火、燃烧，以及碳烟生成的影响。采用高速可控闪光摄影技术，对实际尺寸的透明喷嘴内燃料的流动及其近场喷雾特性进行了测量。汽油类低运动粘度、高饱和蒸气压的燃料其空化作用较强，近场喷雾锥角也较大；而喷油器针阀运动会对压力室和喷孔内的流动产生大的扰动。.开展了喷嘴孔内燃油流态及其空化准则的数值模拟计算，建立了分析小尺度喷孔内气液两相流态的计算平台；应用大涡模拟研究了喷孔近场的流态和喷雾初次雾化，判明了喷嘴结构和喷油特性参数对喷孔近场流态与喷雾分裂长度的影响规律。.开展了简化化学动力学模型构建方法的研究，在开发DRGEP自动机理简化程序的基础上，提出了系统化多级机理简化法,并将其应用于汽油四组分表征燃料简化动力学模型的构建,验证结果表明，简化模型在滞燃期、缸内燃烧温度和主要组分变化等方面与实验数据吻合较好。 .开展了CFD与反应动力学机理的耦合联算，对汽油及其它清洁代用燃料的着火与燃烧过程进行了预测分析，判明了汽油PPCI燃烧的基本规律及其影响因素，为其实际应用奠定了基础。