摘要
反应活性控制压燃(RCCI)是清洁高效的新型内燃机燃烧方式，目前RCCI发动机负荷拓展的问题，尤其是低负荷工况不完全燃烧的问题是制约其实际应用的关键因素。双燃料缸内直喷策略能够更精确地控制缸内混合气分布，具有优化RCCI燃烧特性的潜力；加氢催化生物柴油(HCB)因其超高的十六烷值可以改善发动机着火性能。因此，本文利用三维CFD软件CONVERGE，开展了基于双直喷策略的汽油/HCB RCCI发动机低负荷下燃烧的模拟研究，以期改善RCCI低负荷燃烧特性。 首先研究了负荷对进气道喷射汽油、缸内直喷HCB的常规RCCI燃烧特性的影响，发现随着负荷的降低，常规RCCI因混合气过于稀薄而导致的燃烧不完全的问题逐渐凸显。继而对比了低负荷下常规RCCI和双直喷RCCI的燃烧特性。结果显示，相比常规RCCI中汽油混合气均匀分布于缸内，双直喷RCCI中汽油集中分布于活塞凹坑处，形成当量比适中、易于引燃的混合气，从而改善了不完全燃烧现象；此外直喷汽油会增强缸内气流运动，有助于HCB的扩散与混合。 燃油喷射时刻是控制混合气分布、优化燃烧过程的重要参数，因此研究了双燃料喷射时刻对双直喷RCCI低负荷燃烧及排放特性的影响，并优化了双燃料喷射时刻。结果表明，HCB喷射时刻为-25℃A ATDC时，随着汽油喷射时刻的推迟，直喷汽油对HCB扩散的促进作用增强，混合气分层度降低，着火时刻延迟，燃烧持续期缩短，燃烧温度降低，燃烧效率降低，指示热效率先降低后升高而又降低，HC、CO和soot排放增加，NOx排放减少。汽油喷射时刻为-45℃A ATDC时，随着HCB喷射时刻的推迟，分层燃烧加剧，放热过程提前，燃烧温度升高，燃烧效率升高，指示热效率先升高后降低，HC、CO和soot排放减少，NOx排放增加。HCB喷射时刻为-25~-20℃A ATDC、汽油喷射时刻为-50~-45℃A ATDC时，发动机综合性能较好，获得了92%以上的燃烧效率、45%以上的指示热效率，NOx和soot排放均能达到国Ⅵ标准。 在双燃料喷射时刻优化基础上，继续研究了进气温度、发动机转速对双直喷RCCI低负荷燃烧及排放特性的影响，为进一步优化其低负荷性能提供理论依据。结果表明，进气温度的升高会加快燃烧速率，使放热过程提前，燃烧持续期缩短，燃烧效率升高，指示热效率先升高后降低，HC、CO和soot排放减少，NOx排放增加，采用HCB晚喷策略可降低燃烧对进气温度的敏感性。随着转速的升高，每循环时间减少，放热率峰值、缸压峰值 降低，放热过程推迟，燃烧持续期延长，燃烧效率和指示热效率降低，HC和CO排放增加，但功率随转速的升高而升高。HCB喷射时刻为-15°和-20℃A ATDC时NOx排放略高，随转速的升高而减少，其余HCB喷射时刻下NOx排放很低且受转速的影响很小；soot排放受转速的影响较小，仅在HCB早喷和晚喷工况下随转速的升高而略有增加。
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