乙醇-柴油双直喷发动机混合气形成与燃烧机理研究

Three combustion models of ethanol-diesel engine with dual direct injection systems will be realized by adding ethanol direct injection systems with electronic control to diesel engine. Using optical testing of the sensor of peeping for combustion chamber, simulation calculation by computational fluid dynamics and combustion process analysis based on in-cylinder pressure signal, the spray structure, spray flow, collision, vaporizing, mixing, ignition delay, fire zone, flame propagation and combustion process of ethanol and diesel will be studied to analyse mixture formation and combustion mechanism. Test analysis of power, economy and emission characteristics of ethanol-diesel engine with dual direct injection systems will be carried out. Theoretical and experimental basis could be provided for new application pattern of ethanol in diesel engine.

在柴油机上增设电控乙醇直喷系统，实现乙醇-柴油双直喷发动机的三种燃烧模式。采用发动机燃烧室内窥仪光学测试、计算流体动力学仿真计算和缸内压力信号的燃烧过程分析，研究乙醇与柴油的喷雾结构、喷雾流场、碰撞、蒸发混合、着火延迟、着火区域、火焰扩展和燃烧过程，揭示其混合气形成及燃烧机理，结合乙醇-柴油双直喷发动机动力、经济与排放特性测试分析，为乙醇在柴油机中新的应用方式提供理论基础与试验依据。

在柴油机上增设电控乙醇直喷系统，柴油由原泵喷系统喷入，乙醇电控缸内直喷，采用控制喷油策略的方法，可实现不同的燃烧模式。第一种（简称为B100），在压缩行程的初期喷入乙醇，形成预混充量引燃燃烧；第二种（简称为B50L50），在压缩行程的初期喷入一部分，与引燃柴油同时再喷入一部分，形成部分预混引燃-部分扩散燃烧；第三种（简称为L100），与引燃柴油同时喷入，形成扩散燃烧。建立了乙醇-柴油双直喷发动机三维燃烧模型，研究了乙醇-柴油双直喷三种燃烧模式下的喷雾、混合气形成及燃烧过程。B50L50的燃烧始点最早，最高燃烧压力、最大缸内平均温度均最高，累积放热量最大，燃料利用率较高，燃烧较为充分；NO生成量最大；燃烧初期生成的Soot较高，但后期部分Soot逐步氧化；B100的气缸压力、放热率、缸内平均温度略低于B50L50，Soot生成量最高；L100燃烧始点最迟，燃烧持续期长，后燃严重，缸内压力、最高温度均较低，NO和Soot生成量都最低，CO生成量明显高于其他两种情况。在改装的单缸柴油发电机上,分别燃用乙醇-柴油、乙醇-生物柴油、乙醇-生物柴油-柴油等混合燃料，采用了0%、16%、28%的EGR率，测试了经济与排放特性，综合分析了燃用混合燃料发动机的经济与排放特性及其控制策略。乙醇-柴油混合，掺混5%的乙醇，经济和NOx、HC排放特性可略有提升；掺混量增大，油耗略高，工作稳定性较差，排放性能变差；乙醇-生物柴油混合掺混10%的乙醇，有较优的经济与排放特性；乙醇掺混比例达到30%后，燃烧状况不佳；乙醇-生物柴油-柴油混合，可降低NOx排放，随着乙醇含量的增多，NOx排放量降低，但HC和CO排放量明显升高。通过对乙醇混合燃料发动机经济与排放特性，乙醇-柴油双直喷发动机的喷油、混合气形成、燃烧及排放物生成过程的研究，为乙醇在柴油机中新的应用方式提供了理论与试验依据。