由于面临着能源和环境的双重压力,因此提出一种可以采用替代燃料的清洁高效的新型燃烧模式有着十分重要的意义。本文分别利用优化算法、能量和(?)分析对甲醇/柴油活性控制压燃式(RCCI)发动机进行全面讨论。此外,还对废气再循环(EGR)以及燃油特性对RCCI性能的影响开展了深入的分析。(1)以提升燃油经济性,降低氮氧化物(NOx)和碳烟排放作为优化目标,借助带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对RCCI发动机的五个重要参数进行同步优化,包括预混甲醇比例、柴油喷油时刻、EGR率、缸内初始温度和压力。优化结果表明采用较高的初始压力、适中的EGR率、较高的预混甲醇比例、较早的喷油时刻以及较高的初始温度,能够同时获得较好的燃油经济性和排放表现。透过参数敏感性分析发现,初始温度和EGR率对发动机整体性能的影响最为关键。甲醇比例和喷油时刻能够影响发动机缸内燃油浓度和活性的空间分布,因此对NOx和碳烟的影响较为明显。初始压力对发动机性能的影响最小,可以用来调整发动机的燃烧相位(CA50)时刻。此外,增加甲醇比例不仅可以延迟着火时刻,还能够增强缸内燃油的活性和浓度分层,从而减缓燃烧速率,获得更小的声响强度(RI)。(2)详细讨论了在中等转速和中等运行载荷下,甲醇比例和EGR率在不同初始温度下对甲醇/柴油RCCI发动机性能的影响。当CA50保持不变时,同时改变初始温度和EGR率并未对甲醇/柴油RCCI发动机的性能造成显著影响,但同时增加初始温度和甲醇比例,燃烧变得异常剧烈,虽能显著提升燃油经济性,却导致声响强度大幅增大。发动机是否需要引入EGR取决于运行载荷,低载荷不需要引入EGR,而高载荷下EGR变得不可或缺。而在中等载荷下,EGR的引入取决于初始温度。当初始温度低于某个临界值时,无须引入EGR,仅通过调节甲醇比例即可获得良好的整体性能。一旦初始温度超出该临界温度,则EGR的引入不可避免。(3)基于燃油的不同属性,比较分析了甲醇/柴油和汽油/柴油RCCI发动机的性能差异。由于甲醇的辛烷值大于汽油,且甲醇会抑制柴油的低温放热(LTHR)特性,因此在相同运行条件下,甲醇/柴油RCCI的CA50时刻要远晚于汽油/柴油。在相同预混比例和初始温度下,由于甲醇/柴油RCCI缸内的燃油分布更均匀以及甲醇的分子尺寸更小,因此它的燃烧速率快于汽油/柴油RCCI,导致其更好的燃油经济性和较高的声响强度。发动机的运行稳定性与它的CA50时刻以及低温放热强度密切相关。而汽油/柴油RCCI对初始温度变化的敏感性较弱,正是得益于其较早的CA50时刻以及较为明显的低温放热过程。(4)对比相同运行工况下,传统柴油燃烧(CDC),均质压燃燃烧(HCCI)和RCCI三种燃烧模式的性能差异。三种燃烧模式的声响强度和燃油经济性的表现都取决于CA50的位置。此外,当CA50固定时,延长CA10-CA50阶段的持续期有助于缓解声响强度,而CA90的位置对燃油经济性有着显著的影响。CDC的传热过程主要受壁面附近热边界层内温度梯度的控制,而HCCI和RCCI的传热损失主要受传热面积的控制。因此,可以通过优化燃烧室形状,降低表面积与容积的比值降低HCCI和RCCI的传热损失。CDC传热部分和排气部分的(?)/能量的比率最大,即对传热和排气能量的利用效率最高。而RCCI对传热和排气能量的利用效率受CA50变化的影响最小。(5)为了提高对能量的利用效率,对比不同燃烧模式的(?)分布情况,并分析(?)损失的主要来源。研究发现,化学反应项(Deschem)是造成发动机缸内(?)损失最主要的原因。在相同运行载荷下,由于HCCI和RCCI在LTHR到高温放热(HTHR)的过渡阶段累积大量的化学(?)损失,因此二者总计的Deschem均高于CDC。然而,CDC缸内的温度和燃油浓度的不均匀性更高,因此其热传导和质量扩散引起的(?)损失更高,最终导致它的总体(?)损失(Destotal)超过HCCI和RCCI。虽然增加当量比本身并不利于减少(?)损失,但增加当量比能够提高燃烧温度,而更高的燃烧温度有助于减低(?)损失。因此,在燃烧温度和当量比自身二者的共同作用下,燃油在化学计量比下进行燃烧,将获得最小的Deschem比例。(6)为了进一步降低发动机中的(?)损失,研究不同燃油对RCCI(?)损失的影响。当发动机中分别采用汽油/柴油和甲醇/柴油时,除了燃烧温度和燃油分布的影响,燃油燃烧特性的不同也会造成(?)损失的差异。一方面反映在燃油的LTHR特性,另一方面体现在燃油不同的化学反应路径上,尤其是分子尺寸和结构迥异的燃油。对于不同燃油,其放热反应主要发生在小分子与基团之间,其中"H+O2+M(?)HO2+M","CO+OH(?)CO2+H"和"HCO+M(?)H+CO+M"是影响(?)损失最为重要的三个反应。整体看来,在相同CA50的情况下,甲醇/柴油RCCI产生的(?)损失比例低于汽油/柴油RCCI。通过本研究发现,为了有效降低(?)损失,应当增强缸内燃油的均匀性,控制缸内当量比在化学计量比之内,提升反应物的燃烧温度,采用无LTHR特性且反应路径产生(?)损失较低的燃油。