高比例预混压燃燃烧着火及火焰发展特性研究
高比例预混压燃燃烧概念为实现在高负荷工况下的活性可控压燃(RCCI)清洁燃烧而提出。目前针对于此的光学诊断研究有限,对缸内燃烧过程认知不充分。
本文的主要工作是在高比例预混压燃燃烧下研究RCCI的燃烧放热、着火及火焰发展过程,探究不同策略下RCCI的火焰发展模式。首先,本文通过改变直喷燃料特性和喷油时刻,对比分析燃烧放热规律及火焰形态,对适用于高比例预混压燃的燃料的选择上有了进一步认识。
首先,聚甲氧基二甲醚(PODE)和正十六烷的两阶段高温放热过程明显,而正庚烷十六烷值较低,燃烧室内混合气的活性梯度较小,两阶段高温放热过程不明显。其次,在高比例预混的情况下,缸内直喷油量低,早喷工况下滞燃期主要受十六烷值影响,而晚喷工况下喷雾雾化质量差异带来的影响逐渐凸显。
再次,在93.8%的气道喷油比例下,直喷PODE几乎无碳烟生成,明显优于正庚烷和正十六烷。PODE非常适合作为高比例预混压燃燃烧的高活性燃料。
之后,本文选取含氧燃料PODE作为直喷燃油,利用高速成像、自发光光谱及甲醛平面激光诱导荧光法(PLIF)三种测试手段,对高比例预混压燃燃烧模式进行深入研究。结果表明,早喷高比例预混压燃呈现单峰放热规律。
其火焰发展过程首先是高活性区域的自燃过程,然后是低活性区域的火焰传播与自燃并存的发展过程。甲醛PLIF结果表明低活性区域存在自燃着火点和围绕该区域的火焰前锋。
而晚喷高比例预混压燃呈现两阶段高温放热规律。第一阶段放热是由于PODE和卷吸的异辛烷的自燃过程,而第二阶段放热是由于低活性区域以火焰传播为主的燃烧过程。
分阶段燃烧放热过程有助于降低RCCI燃烧峰值和压力升高率。此外,高比例预混压燃中低活性区域的火焰传播与SI发动机的火焰传播不同,该区域在火焰前锋到达前已发生低温反应,但SI发动机的未燃区域没有低温反应。
直喷油量是决定RCCI低活性区域火焰发展模式的关键因素。如果直喷油量相对较低,火焰传播出现概率增加;否则,顺序自燃着火占主导地位。
通过研究,揭示了高比例预混压燃燃烧的着火及火焰发展特性,这对进一步认识RCCI火焰发展方式具有一定的指导意义,有助于丰富和发展燃烧反应路径控制理论。