乙醇对HCCI燃烧的影响外文翻译资料

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

乙醇对HCCI燃烧的影响

摘要

生物乙醇是车用燃料最有希望的替代品之一。调查乙醇的点火性能及其最佳燃烧过程很重要。特别重要的是将生物乙醇应用于均质充气压缩点火（HCCI）发动机，以研究乙醇的HCCI燃烧特性。在本研究中，通过使用快速压缩机（RCM）研究了不同状况下的乙醇对庚烷HCCI燃烧的抑制作用。结果表明，乙醇有效地延缓了HCCI燃烧的热燃期，因为其有效阻燃了冷焰时期。在phi;= 0.4条件下，30％重量乙醇/ 70％重量庚烷的热燃期比辛烷值为60的PRF的延迟时间更长。 此外，50％重量乙醇/ 50％重量庚烷的热燃期比辛烷值为80的PRF的延迟时间要长。此外，通过使用RCM研究了由乙醇产生的乙醚对HCCI燃烧的影响。二乙醚具有很高的点火质量，研究表明用乙醇和乙醚进行HCCI燃烧控制将会是有效的。

前言

应建立可持续的能源系统，如生物燃料能源系统，以满足COP3的要求并保证能源安全。生物乙醇是车辆中最有希望的生物燃料之一，因为它很容易从糖，淀粉和纤维素之类的生物物质中产生，并且由于其具有的高辛烷值和相当低的沸点因而适用于（SI）发动机 的火花点火。

关于SI发动机的乙醇燃料的研究和开发已经被提出，可调燃料汽车已经在巴西和美国商业化，这种汽车使用纯净的乙醇或汽油，或者以任意比例混合的它们的混合物。Nakata等 提出了一种具有高扭矩和热效率的乙醇燃料SI发动机的研究[1]。

生物乙醇的进一步应用对于诸如均质充气压缩点火（HCCI）等新型燃烧方法的低点火质量性能来说是非常重要的[2]。由于HCCI发动机最重要的问题是难以控制点火，因此生物乙醇在HCCI发动机上的应用是必要的，可以在各种条件下研究乙醇的HCCI特性。此外，通过使用酸催化剂由乙醇制备的二乙醚具有高的点火质量，并且可以通过使用在板上生产的乙醇和二乙醚来实现HCCI的控制。因此，用乙醇和乙醚进行HCCI控制来研究二乙醚/乙醇混合物的点火质量是很重要的。另一方面，关于乙醇和乙醚对HCCI燃烧的影响的研究很少被提出[3]。

本研究的目的是获得关于乙醇对HCCI燃烧的影响的基本信息，以便能够通过使用乙醇来控制HCCI燃烧。本研究采用快速压缩机（RCM）研究了乙醇对庚烷HCCI燃烧的抑制作用，还研究了二乙醚对乙醇HCCI燃烧的影响，从而使用乙醚和乙醇进行HCCI的燃烧控制。

实验

实验装置

HCCI燃烧实验用快速压缩机进行，如图1所示。本机根据Murase等[4]的描述进行设计。它包括了一个驱动空气储存器，凸轮驱动活塞，凸轮，压缩活塞，压缩气缸和燃烧室头。压缩空气被引入驱动空气储存器。当来自控制面板的信号打开六个电磁阀时，凸轮驱动活塞被该空气推动。 凸轮安装在线性滚轮导轨上，并用推杆连接到驱动活塞。压缩活塞通过杆向上推动，所述杆跟随着再现往复式发动机的压缩冲程的凸轮。将冷却水引入煎饼形气缸盖压缩气缸体中以保持壁温恒定。压缩活塞的行程为80mm，压缩比可以变化。燃烧室是直径为80mm，体积为402cm ³的圆筒。

压缩活塞

图1.快速压缩机

驱动汽缸

凸轮驱动活塞

电磁阀

驱动空气罐

压杆

滚柱导轨

凸轮

连杆

压缩汽缸

燃烧室

压力传感器

燃料

制备了乙醇和庚烷的不同混合物，以研究乙醇对HCCI燃烧的影响。二乙基的混合物，乙醚和乙醇也被制备以研究二乙醚对HCCI燃烧条件下自燃的影响。在每个实验条件下也使用具有各种辛烷值的主要参考燃料（PRF，庚烷和异辛烷的混合物），并且使用甲苯/庚烷混合物来比较抑制作用，因为甲苯是汽油中典型的高辛烷值成分。

实验过程

研究乙醇对HCCI燃烧影响的实验条件如表1所示。在通过注射器注射燃料混合物之前，通过使用真空泵将RCM燃烧室抽真空。在该燃料喷射5分钟后，将加热的空气引入燃烧室以将压力设定为大气压。 再过5分钟之后，空气/燃料混合物被压缩。通过位于气缸盖中心的压力传感器测量燃烧室中的压力，并记录在PC上。图2（a）显示了庚烷/空气混合物（0.3当量比;phi;）和压缩空气的压力 - 时间曲线。燃料/空气混合物压缩和仅空气压缩之间的压力差异被认为是释放氧化热（虚线）来表示压力升高。图2（b）显示了庚烷的压力上升的时间差异曲线，其中可以清楚地看到冷焰峰和热点火峰。每种燃料的压力上升的差分曲线使得能够在冷却时产生最大压力升高比（冷焰峰值期间），冷却火焰压力上升（在冷焰中的时间差分曲线的积分），并且获得在热点火期间的最大压力上升比（热点火高峰期）的时间。

表1.RCM实验的实验条件

压缩比（C.R.）	12.1，13.9，16.1
初始温度(℃)	40,50(C.R.:12.1) 30(C.R.:16.1)
当量比（phi;）	0.3,0.4

图2.（a）庚烷/空气的压力时间曲线

混合物（phi;：0.3）和压力差（虚线）

（b）压力上升的时间差分曲线

庚烷燃烧C.R .: 13.9，初始温度：40℃

时间

压力差

时间

空气

庚烷

差值

压力

结果与讨论

乙醇对均质 - 充电压缩点火的影响

附录显示了本研究中在所有实验条件下的乙醇混合燃料的HCCI燃烧的实验结果。庚烷燃烧的冷焰峰值期间或热火焰峰值时段的标准差日均小于0.5ms。分析最初集中在压缩比为13.9，phi;= 0.4，初始温度为40℃的结果。 图3显示了使用RCM对HCCI燃烧的热点燃高峰期加入乙醇对庚烷的影响。将结果与PRF的结果进行比较，并显示乙醇延缓了HCCI燃烧的热点火。20重量％乙醇燃料的热点燃时期与正辛烷值（O.N.）为40的PRF相同。与辛烷值为80的PRF相比，50重量％乙醇燃料的热点火时间更为延迟。图4显示了使用RCM对HCCI燃烧的冷焰峰值期间向庚烷中加入乙醇的影响。可以看出，乙醇有效地延缓了HCCI燃烧的火焰。30重量％乙醇燃料的冷焰峰时间与辛烷值为90的PRF几乎相同。图5显示了加入乙醇至庚烷对于使用RCM进行HCCI燃烧的冷焰压力升高的影响。虽然这个数字表明乙醇减少了HCCI燃烧的冷却火焰放热，但与其阻燃效果相比，效果并不特别强。对于50重量％乙醇燃料的冷却火焰放热与辛烷值为70的PRF几乎相同。作者关于使用相同RCM的各种碳氢化合物的HCCI燃烧的研究表明，热点火高峰期受到冷焰时期和冷焰热释放的影响[5]。因此可以说，乙醇不仅通过减少冷却火焰的热释放，而且通过延迟冷却火焰时期有效地抑制了HCCI燃烧。

图6显示了庚烷，30重量％甲苯/ 70重量％庚烷和30重量％乙醇/ 70重量％庚烷的热点燃期。庚烷对乙醇热点燃高峰期的阻滞作用大于甲苯，其有效抑制HCCI燃烧[6]。因此，可以说乙醇适合抑制HCCI燃烧。

接下来，研究了实验条件对乙醇混合燃料HCCI燃烧的影响，图7显示了初始温度40℃，phi;= 0.4时压缩比（CR）和乙醇浓度对热点燃高峰期的影响。小的 压缩比产生更多的延迟热点燃期。在13.9和16.1的压缩比下，50重量％乙醇燃料的热点燃时间比辛烷值为80的PRF的延迟时间更晚。此外，与压缩比为12.1的辛烷值为90的PRF相比，50重量％的乙醇燃料的热点燃时间更延迟。因此，乙醇在每个压缩比下都有效地延缓了热点燃期。

图8显示了在16.1和phi;= 0.4的压缩比下，初始温度和乙醇浓度对热点燃峰值时间的影响。较低的初始温度产生的延迟热点火期更长。 在每个初始温度下，50重量％乙醇燃料的热点燃峰值时间在辛烷值为80和辛烷值为90的PRF之间。

图9显示了当压缩比为13.9，初始温度为40℃时，当量比（phi;）和乙醇浓度对热点火时期的影响。对于phi;= 0.3，50重量％乙醇燃料的热点燃峰值时间不如辛烷值为80的PRF延迟。 另一方面，对于phi;= 0.4，对于50重量％乙醇燃料的热点燃时期比辛烷值为80的PRF更为延迟。此外，phi;= 0.4的乙醇10或20重量％混合物的热点燃时间比phi;= 0.3更为延迟。这些结果表明，当量比为0.4的乙醇混合物相对于当量比为0.3的来说，更有效地延迟了热点燃期。如图4所示，乙醇有效地延缓了HCCI燃烧的冷焰。此外，由于其比热比低，在RCM的燃烧室中具有较大当量比的燃料 - 空气混合物在被压缩时达到较低的绝热芯温度。phi;= 0.4时的冷焰时间比phi;= 0.3时更为延迟。由于绝热芯温度较低，乙醇在冷焰周期的延迟效应被强调为phi;= 0.4。因此，当量比为0.4的乙醇混合物由于其有效的冷却时间延迟而比当量比为0.3的那些更有效地延迟了热点燃期。

乙醇浓度

图3.加热乙炔对庚烷的影响

HCCI燃烧与RCM的点火高峰期

C.R.：13.9，phi;：0.4，初始温度：40℃

热点火期

图5.加入乙醇对庚烷的影响

火焰压力用于HCCI燃烧与RCM

C.R.：13.9，phi;：0.4，初始温度：40℃

乙醇浓度

冷焰压力升

图4.加入乙醇对庚烷的影响

HCCI燃烧与RCM的火焰峰值期

C.R.：13.9，phi;：0.4，初始温度：40℃

乙醇浓度

冷焰时期

图6庚烷的热点火峰值时间，30重量％

甲苯/ 70wt％庚烷和30wt％乙醇/ 70wt％庚烷

C.R .: 13.9，phi;：0.4，初始温度：40℃

乙醇30重量%

甲苯30重量量%

庚烷

热点火时期

图8.初始温度和乙醇的影响

集中在热点火山顶期

压缩比：16.1，phi;= 0.4

乙醇浓度（重量%）

热点火期

图7.压缩比（C.R）和乙醇的影响

集中在热点火山顶期

初始温度：40℃，phi;= 0.4

乙醇浓度（重量%）

热点火期

乙醇浓度（重量%）

热点火期

图9.对当量比（phi;）和乙醇的影响

集中在热点火山顶期

初始温度：40℃，压缩比：13.9

为了研究乙醇冷阻燃效果的原因，对HCCI燃烧进行了简单的化学反应计算。使用CHEMKIN 4包装，其中包括简单的HCCI发动机燃烧溶液，以及Lawrence Livermore国家实验室的庚烷反应模型，其中包括544种化学物质和2446种化学反应[7]。在绝热条件下以压缩比为13.4进行1500rpm的HCCI发动机计算。单独对庚烷和10重量％乙醇/ 90重量％庚烷进行燃料计算。在冷却火焰放热期间，进行了热释放的敏感性分析，并且检测到抑制该热释放的重要反应。图10（a）和（b）分别表示计算出的压力曲线和放热曲线的速率。图10（a）表明化学反应计算在HCCI条件下再现乙醇热点火的有效延迟。图10（b）表明乙醇不仅减少了冷焰的放热，而且延缓了冷焰。放热敏感性分析表明，抑制这种放热的重要因素是乙醇分子消耗羟基自由基以产生1-羟基-1-乙基的反应，

CH 3 CH 2 OH ・OH → CH 3 CHOH H 2 O以及随后的1-羟基-1-乙基与氧分子的反应产生乙醛和氢过氧基，

CH 3 CHOH O 2 → CH 3 CHO HO 2

低温氧化放热对羟基自由基的增加来说是重要的。上述反应的抑制机制是合理的，因为这些反应会消耗羟基以产生相当无活性的氢过氧基。由于含乙醇庚烷的燃料 - 空气混合物的比热的不同，乙醇燃料的压缩气体温度可能低于庚烷的压缩气体温度。在-20°TDC的曲柄转角下，只含庚烷燃料混合物温度与10wt％乙醇/ 90wt％庚烷之间的差异仅为0.5K，所以这种10％重量的乙醇加入可以忽略比热的影响。因此，乙醇通过化学效应而不是热效应来延缓冷却火焰的放热。

Sakai等 研究了乙醇对辛烷值和燃料喷射点火的影响[8]。它们的化学反应计算表明，一种乙醇分子的抑制作用比甲苯小。然而，乙醇的摩尔重量比甲苯的摩尔量低得多。因此，乙醇每质量分数的抑制作用将高于乙醇摩尔分数的。

压力

图10.化学反应计算结果庚烷和

乙醇10wt％/庚烷90wt％HCCI燃料燃烧

引擎条件; （a）压力曲线（b）热量

发布资料

曲轴转角

热释放速率

热释放速率

曲轴转角

压力

二乙醚对均匀电荷压缩点火的影响

图11显示了在压缩比为13.9，phi;= 0.4，初始温度为40℃时，使用RCM的二乙醚/乙醇混合物的热点燃期。二乙醚具有很高的点火质量。 图11表明60重量％二乙醚/ 40重量％乙醇燃料的热点燃时间与辛烷值为0的庚烷相同。30重量％二乙醚/ 70重量％乙醇燃料的热点燃时间也比辛烷值为100的异辛烷延迟。这些结果表明HCCI燃烧可以通过使用乙醇和乙醚得到有效控制。此外，板载重整器所需的乙醇转化效率不会如此糟糕，因为60重量％乙醚/ 40重量％乙醇燃料的热点燃时间与庚烷相同。

二乙醚在HCCI燃烧条件下经历低温氧化。图12显示了类似于可以容易地进行低温氧化的二甲醚的估计的低温氧化机理。此外，由于二

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

资料编号：[138917]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word