内燃机新型燃烧模式燃烧机理光学诊断

《内燃机新型燃烧模式燃烧机理光学诊断》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学博士学位论文内燃机新型燃烧模式燃烧机理光学诊断OpticalDiagnosticsontheMechanismoftheNewCombustionModesofICEngine学科专业：动力机械及工程研究生：唐青龙指导教师：尧命发教授天津大学机械工程学院二零一七年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学

2、位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要内燃机高效清洁燃烧技术是满足日益严格的有害排放和油耗(CO2)法规的关键，近年来内燃机先进高效清洁燃烧新技术研究十分活跃，一些新型燃烧模式被陆续提出，其中低活性燃料部分预混压燃(PPC)

3、模式和双燃料高预混合燃烧(HPCC)模式由于具有极低碳烟和NOx排放、以及高热效率的特点，而得到了国内外的重视，但目前关于二者缸内燃烧过程的认识仍十分有限。本文以30v%（体积比）正庚烷和70v%异辛烷基础燃料为对象，在光学发动机上采用多种光学诊断方法来研究PPC和HPCC的燃烧机理，通过分析其缸内混合气形成、着火和火焰发展过程，揭示其燃烧主要特征，为新型燃烧技术的发展提供理论依据。本文建立了一套完整的光学发动机缸内过程激光诊断系统，包括：光学发动机、激光系统、图像采集以及信号控制和同步四部分。在原光学发动机基础上设计了快速进气加热系统、便于拆装的反光镜组件和用于可移动式缸套的活塞环安装

4、装置等部件。在所建立的光学发动机测试系统上实现了多种激光诊断方法，包括定量测量缸内混合气浓度和活性分层的燃油-示踪剂平面激光诱导荧光法(PLIF)，基于一台YAG激光器和一台染料激光器的缸内燃烧过程甲醛和OH分别和同时PLIF定性测量方法，以及缸内燃烧过程碳烟浓度定量测量的平面激光诱导炽光法(PLII)。应用上述多种激光测试方法，结合传统燃烧自发光成像和光谱测量技术，首先在中小负荷下对PPC燃烧模式进行了光学诊断研究。结果表明：PPC燃烧过程中着火点首先出现在燃烧室内高浓度区域(当量比约0.7~1.2)，随后火焰向低浓度区域发展。PPC多点着火之后早期的燃烧过程存在明显的火焰边界传播过程

5、，该过程中的火焰发展速度（10~60m/s）远大于火花引燃发动机中的火焰发展速度（小于10m/s）。随着喷油时刻提前，混合气浓度分层度降低，PPC燃烧早期的火焰边界传播过程逐渐消失，总体火焰发展过程被顺序自燃方式主导。燃油早喷碰壁对PPC燃烧过程有重要影响，存在一个喷油时刻“窗口期”（本研究中约为-30°~-60°CAATDC），在该窗口期内进行燃油喷射时，挤气区和活塞余隙的“燃油俘获效应”会使碰壁燃油无法进入燃烧室，造成PPC燃烧效率降低。当燃油碰壁造成PPC燃烧效率下降时，燃烧室内会残存一定的甲醛，残存甲醛位于燃烧室中的低浓度区域，这些甲醛将成为UHC的重要组成。PPC失火工况下，甲

6、醛将充满整个燃烧室，这是由于燃料只进行了低温反应，而没进入到高温反应。PPC采用两次喷射策略可以减少燃油碰壁对油气混合的不利影响，第一次喷油时刻应早于燃油俘获窗口期。两次喷油的比例相当时，有利于PPC油气混合和燃烧效率的提高。I万方数据天津大学博士学位论文随后在相对较高的发动机负荷（约7barIMEP）下对HPCC燃烧模式进行了光学诊断研究，结果表明：随着缸内直喷时刻推迟，HPCC缸内混合气分层度逐渐增大，高活性区域（PRF数约30~60）逐渐向燃烧室边缘区域移动，燃烧室中心附近形成低活性区域（PRF数约60~90）。HPCC燃烧着火点首先出现在高活性区域，随后火焰向低活性区域发展。随着

7、混合气分层度的增大，高温放热阶段总体甲醛消耗和OH生成速率变慢，并且HPCC燃烧过程中OH、CH(431.4nm)和C2(516.5nm)谱带的化学发光强度依次逐渐增大，燃烧中后期火焰自发光被高活性区域内的碳烟辐射光主导。相比于Musculus等2013年提出的低负荷柴油LTC概念模型，HPCC的一个重要差异在于其高温放热阶段（OH）能够进入到燃烧室中心附近低浓度区域。晚喷HPCC存在双阶段燃烧过程，第一阶段燃烧过程为高活性区域内的