武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology壓燃式內燃機的燃燒路徑與排放控制

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology授課人：劉丙善壓縮終點時未燃混合氣30002500200015001000500000,51,01,52,0過量空氣系數(shù)溫度K柴油機主要排氣污染物的形成條件

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology壓縮終點時未燃混合氣30002500200015001000500000,51,01,52,0過量空氣系數(shù)溫度K燃燒混合氣柴油機主要排氣污染物的形成條件

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology碳煙形成30002500200015001000500000,51,01,52,0過量空氣系數(shù)溫度K燃燒混合氣柴油機主要排氣污染物的形成條件

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologyppmNO5001006020碳煙形成30002500200015001000500000,51,01,52,0過量空氣系數(shù)溫度K燃燒混合氣柴油機主要排氣污染物的形成條件

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologyppmNO5001006020碳煙形成30002500200015001000500000,51,01,52,0過量空氣系數(shù)溫度K燃燒混合氣柴油機主要排氣污染物的形成條件

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武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology課堂目標認識Φ-T圖（當量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變燃燒路徑降低排放的途徑2了解柴油機低溫燃燒技術的研究進展3

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology課堂目標認識Φ-T圖（當量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變燃燒路徑降低排放的途徑2了解柴油機低溫燃燒技術的研究進展3

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologyΦ-T圖：研究柴油燃燒路徑的常用工具Φ-T圖含三島、一柱、一線，

Soot島、NOX島、CO/UHC氧化受限島位置固定不變。三島Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限油氣混合線初始著火區(qū)某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-滯燃期滯燃階段：在到達著火溫度之前，燃油與進氣混合，當量比快速減小。

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologySoot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限滯燃期

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-急燃期急燃期：預混混合氣迅速燃燒，部分燃料熱能急速釋放；燃燒粗暴，進入Soot生成區(qū)。滯燃期急燃期Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-緩燃期緩燃期：擴散火焰中缺氧燃燒產物繼續(xù)與氧混合釋放熱量，進入NOX生成區(qū)。滯燃期急燃期緩燃期Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限某油滴的傳統(tǒng)燃燒路徑-后燃期后燃階段：燃燒產物在燃燒室內部持續(xù)擴散，部分未燃碳氫和CO被繼續(xù)氧化。

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologySoot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限滯燃期急燃期緩燃期后燃期

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologyNOX與Soot的“Trade-off”關系某重型柴油機A100工況：常規(guī)燃燒模式下，推遲主噴正時和提高噴油壓力不能解決NOX和Soot之間的矛盾。NOXSoot

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology課堂目標認識Φ-T圖（當量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變燃燒路徑降低排放的途徑2了解柴油機低溫燃燒技術的研究進展3改變燃燒路徑降低排放的研究設想Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限延長滯燃期，抑制Soot生成量降低燃燒溫度，抑制NOX生成量

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology改變油氣混合線油氣混合線的位置主要取決于工質的溫度，可變配氣相位是有效的實現(xiàn)方法。Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限調節(jié)油氣混合線著火區(qū)可變配氣相位可變壓縮比進氣中冷調節(jié)

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology改變初始著火區(qū)初始著火區(qū)的位置取決于燃料活性，添加劑、燃料重整和混合是有效方法。Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限改變初始著火區(qū)著火區(qū)十六烷值改進劑燃料重整混合燃料

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology改變絕熱火焰溫度改變燃燒溫度是降低NOX和Soot排放的關鍵，EGR和低溫燃燒是常用的方法。Soot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限調節(jié)絕熱火焰溫度推遲噴油廢氣再循環(huán)低溫燃燒

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology課堂目標認識Φ-T圖（當量比-絕熱火焰溫度）1掌握改變燃燒路徑降低排放的途徑2了解柴油機低溫燃燒技術的研究進展3理想的燃燒路徑

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologySoot生成區(qū)NOX生成區(qū)CO/UHC氧化受限高效清潔燃燒區(qū)1500K＜T＜2200K當量比Φ

＜2SICIHCCILTC均質壓燃，低溫燃燒燃燒過程不可控PCCI…PPCPCIHCCI與CI相結合，EGR負荷受限提高燃燒全歷程的混合速率，并控制缸內的燃燒溫度。燃燒相關概念的演繹

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology濃度、溫度分層有助于控制HCCI燃燒過程和放熱過程。基于純柴油的組合燃燒路徑基于雙燃料的RCCI燃燒路徑拓寬負荷范圍的低溫燃燒研究路徑

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnologyFrom：Prof.Dr.-ingSpicher：SI-Gasexchangeandmixtureformation,M276DE35Engine（奔馳S級轎車）From：F.Altenschmidtetal:TheSparkIgnitionEngineoftheFuture,Strasbourg20114缸GDI（奧迪轎車）來自汽油機的啟發(fā)

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology在柴油機典型的轉速范圍內，可以依據(jù)負荷采用不同的燃燒模式。SICIHCCILTC均質壓燃，低溫燃燒燃燒過程不可控PCCI…PPCPCIHCCI與CI相結合，EGR負荷受限典型低溫燃燒高密度低溫燃燒預混低溫燃燒負荷拓展，覆蓋全工況中等負荷高負荷低負荷組合燃燒模式

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology組合模式降低NOX和Soot排放的出發(fā)點典型低溫燃燒通過高EGR降低燃燒溫度和氧濃度來降低NOX排放；通過高EGR率降低燃燒溫度，抑制碳煙生成。高密度-低溫燃燒通過適當EGR率、進氣門晚關和高充量密度降低燃燒溫度來降低NOX排放；通過增強燃氧混合率降低碳煙生成率，提高燃燒后期的碳煙氧化率來降低碳煙。預混低溫燃燒通過海量EGR率、多段噴油，降低氧濃度抑制火焰溫度，降低NOX排放；通過降低著火時刻的燃氧當量比避開碳煙生成區(qū)。

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology基于雙燃料的RCCI燃燒模式柴油直噴進入缸內，而易揮發(fā)、活性低的燃料預噴進入進氣道，形成均質混合氣；柴油發(fā)揮引燃作用。適宜進氣道噴射的燃料：汽油、甲醇、乙醇、天然氣等。通過兩種燃料的比例、燃料的噴射正時、EGR率的綜合控制，獲得期望的燃燒速率和溫度，解決NOX與Soot及油耗之間的矛盾。

武漢理工大學WuhanUniversityofTechnology燃油供給示意燃燒模式與能量流IMEP=9bar；轉速相同：RCCI燃燒損失增大，但排氣及冷卻帶走熱量減少，轉化為有用功的熱量明顯提升。1.Staples,etc.AnExperimentalInvestigationintoDieselEngineSize-ScalingParameters.2.Hardy,etc.AStudyoftheEffectsofHighEGR,HighEquivalenceRatio,andMixingTimeonEmissionsLevelsinaHeavy-DutyDieselEngineforPCCICombustion.3.Hanson,etc.OperatingaHeavy-DutyDirect-InjectionCompression-IgnitionEnginewithGasolineforLowEmissions.4.Hanson,etc.AnExperimentalInvestigationofFuelReactivityControlledPCCICombustioninaHeavy-DutyEn