辛烷值敏感度对GCI发动机燃烧特性的影响研究

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燃料的辛烷值敏感度(S)表示为研究法辛烷值(RON)和马达法辛烷值(MON)之间的差值,反映了燃料在不同运行工况下的燃烧特性,在优化汽油压燃(GCI)发动机性能时应予以考虑。然而,目前的研究主要关注燃料的RON对GCI燃烧的作用,对S的了解仍有待补充。本文选取了四种RON相同但S不同的甲苯标准参考燃料(TPRF),通过改变GCI发动机的运行条件(喷油时刻、进气温度、进气压力),从试验和模拟两方面,深入探究了燃料S对GCI燃烧特性的影响。首先,应用单缸GCI发动机试验平台研究了不同喷油时刻下燃料S对GCI燃烧特性的影响。研究发现,提前喷油时刻(-150~-270 CAD)后四种燃料均可以获得较高的平均指示压力(IMEP)和稳定燃烧。且随着辛烷值敏感度提高,燃料的反应性显著降低。但推迟喷油时刻后,辛烷值敏感度对燃料反应性的抑制作用逐渐减弱。然后在进气温度为室温和较早的喷油时刻(-150 CAD)下,改变进气压力(Pin=1.0~1.3 bar)继续研究了燃料S对GCI燃烧特性的影响。研究发现,低进气压力下低辛烷值敏感度燃料具有更高的指示热效率,提高进气压力后高辛烷值敏感度燃料具有更高的指示热效率。最后在自然吸气条件下改变进气温度(Tin=298~358 K)继续发动机试验,研究发现,高辛烷值敏感度燃料随进气温度的提高更早的进入负温度系数(NTC)区域,并且表现出较低的反应活性和指示热效率。接着,应用三维LES模型和零维定容均质模型在更宽广的边界条件(即超出试验范围的进气压力和进气温度)下验证和补充了燃料S对GCI燃烧特性的影响。研究发现,提高进气压力会使NTC区域向高温区域转移,促进LTHR,并减弱辛烷值敏感度对HTHR的抑制作用。使用高辛烷值敏感度燃料有利于降低高增压GCI发动机的燃烧粗暴或爆震倾向。进气温度对缸内温度-压力历程影响较小,高辛烷值敏感度燃料的抗自燃性更高,表现出对进气温度更低的敏感性。最后,应用三维LES模型在小负荷(IMEP<2 bar)工况下研究了燃料S对GCI燃烧循环波动的影响。研究发现,高辛烷值敏感度燃料表现出更强的低温反应性,COVIMEP和PFP SD更高,CA10 SD,CA50 SD和CA10-CA90 SD更低,缸压峰值和IMEP之间表现出了更强的正相关性。与低IMEP循环相比,高IMEP循环的混合气均匀性更好、局部过浓区域更小。
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