不同燃料极端条件下的喷雾燃烧机理及燃烧控制方法研究

While the research of global internal combustion engine is achieving ultra-low emission, energy conservation and CO2 emissions reduction have been becoming new research focus in internal combustion engine field and new impetus of advance in internal combustion engine technology. In the future, the high efficiency combustion technology of internal combustion engine will develop towards the extreme combustion conditions such as ultra-high combustion pressure, ultra-high injection pressure, ultra-high intake density and intake dilution. On the other hand, fuel properties will significantly affect the thermal efficiency of internal combustion engine, and the influence rule of fuel on internal combustion engine needs to be investigated under future extreme conditions. Therefore, the applicant intends to conduct in-depth and systematic research on spray combustion mechanism of different fuels under extreme conditions and control methods of improving engine thermal efficiency. Different extreme conditions will be constructed and experimental research will be carried out by means of devices such as constant volume combustion bomb and multi-parameter flexible single cylinder engine which can withstand high combustion pressure. Meanwhile, a spray combustion model suitable for extreme conditions will be developed, and numerical simulation will be carried out. By combining the experimental test and simulation, the characteristics of spray mixing, spontaneous ignition and flame development of different fuels under extreme operating conditions will be explored, and the combustion mechanism of fuel properties and cooperative control of operating conditions to improve the thermal efficiency of internal combustion engine will be revealed. The research not only has important theoretical and engineering guidance value to the improvement of the thermal efficiency of internal combustion engine, but also has important reference value to the spray combustion under the extreme conditions encountered by gas turbine engine.

全球内燃机研究在实现超低排放的同时，节能和降低碳排放成为内燃机领域新的研究重点和内燃机技术进步新的推动力。未来内燃机高效燃烧技术将朝着超高燃烧爆发压力和喷油压力、超高进气密度和进气稀释等极端条件下的燃烧方向发展。另一方面，燃料特性会显著影响内燃机热效率，燃料在未来极端条件下对内燃机影响规律有待探明。因此，申请人拟针对极端条件下不同燃料的喷雾燃烧机理及提升发动机热效率控制方法开展深入系统研究。通过定容燃烧装置和耐高爆压多参数灵活可变单缸机等装置，构建不同的极端条件，开展试验研究；同时发展适用极端条件的喷雾燃烧模型，开展数值仿真研究。将试验与仿真结合，探明不同燃料在极端运行条件下的喷雾混合、自燃着火及火焰发展特征，揭示燃料特性和运行工况协同控制提高内燃机热效率的燃烧机理。研究不仅对内燃机热效率的提升具有重要理论和工程指导价值，而且对航空发动机等遇到的极端条件下喷雾燃烧也具有重要参考价值。

全球内燃机研究在实现超低排放的同时，节能和降低碳排放成为内燃机领域新的研究重点和内燃机技术进步新的推动力。未来内燃机高效燃烧技术将朝着超高燃烧爆发压力和喷油压力、超高进气密度和进气稀释等极端条件下的燃烧方向发展。另一方面，燃料特性会显著影响内燃机热效率，燃料在未来极端条件下对内燃机影响规律有待探明。因此，申请人拟针对极端条件下不同燃料的喷雾燃烧机理及提升发动机热效率控制方法开展深入系统研究。通过定容燃烧装置和耐高爆压多参数灵活可变单缸机等装置，构建不同的极端条件，开展试验研究；同时发展适用极端条件的喷雾燃烧模型，开展数值仿真研究。将试验与仿真结合，探明不同燃料在极端运行条件下的喷雾混合、自燃着火及火焰发展特征，揭示燃料特性和运行工况协同控制提高内燃机热效率的燃烧机理。研究不仅对内燃机热效率的提升具有重要理论和工程指导价值，而且对航空发动机等遇到的极端条件下喷雾燃烧也具有重要参考价值。.项目主要研究内容如下：.1) 揭示先进内燃机未来极端条件下喷雾混合、着火特性、火焰传播等燃烧物理和化学过程，丰富和发展内燃机燃烧理论；.2) 探明极端条件下极端燃料特性（甲醇、氨等燃料）对燃烧过程的影响规律，为合理控制燃料理化特性、降低燃烧不可逆损失，适应不同先进燃烧技术的需要提供理论基础；.3) 基于上述机理研究，提出实现内燃机更高热效率所需的燃料特性参数和内燃机运转控制策略。.重要结果：.1）极端特性气体燃料氨在双燃料发动机的应用中，主燃料的活性分层和浓度分层对改善氨燃料燃烧的稳定性有着重要作用；.2）极端特性的液体燃料甲醇在双燃料发动机的应用中，可采用RCCI和活化热氛围两种方式，高活性燃料的活性对甲醇燃烧稳定性和替代率起到了重要作用；.3）结合实验与模拟构建了高进气压力、高氧浓度的发动机燃烧模型，分析在极限工况条件下对发动机性能的影响，高进气压力对提高发动机热效率降低排放有改善，提升效果会随着压力上升而下降；高氧浓度对减小滞燃期，缩短火焰浮起长度，改善排放，降低排放。.基于以上研究内容，发表学术论文 36 篇，其中 SCI 收录论文 32 篇；投稿学术会议 16 篇，其中国际会议论文 11 篇，国内会议论文 5 篇；申请国家发明专利 12 项，授权国家发明专利 6 项、软件著作权 1 项，授权国际 PCT 专 利 1 项；受邀在国际国内会议做大会及特邀报告 10次。