正庚烷HCCI燃烧影响因素计算分析

Internal Combustion Engine&Parts

0引言

随着国家排放法规要求不断严格，HCCI （Homogeneous Charge Compression Ignition，均质充量压缩）燃烧因为热效率和排放性方面的优势而受到广泛关注[1]。HCCI燃烧使用的均质混合气在气缸外形成后进入气缸，当活塞到达上止点附近时混合气达到压燃条件着火[2]。理论上混合气分布越均匀，着火点越多，所以和传统的点燃和压燃方式都不同[3]。在保证其他条件不变的情况下，运用软件对正庚烷HCCI燃烧进行仿真研究，分析不同参数分别对HCCI燃烧过程的影响[5]。

1计算模型及化学反应机理

本文所使用的正庚烷化学反应机理是简化于美国Lawrence Livermore国家实验室的正庚烷氧化详细化学反应动力学模型的简化反应机理[5]，删去了包含NO2生成反应的一系列化学方程式，由33种组分和41个化学反应组成。将该化学反应机理输入仿真计算采用的软件CHEMKIN自带的IC_ENGIN模块，模拟正庚烷HCCI燃烧过程，再将计算数据导入AVL-Boost软件中计算燃烧过程各参数变化具体数值。计算过程中采用如下假设：充量为

理想气体；燃烧过程中缸内温度、压力及各成分的浓度分布均匀；燃烧室内质量恒定，且整个燃烧室为绝热系统[5]。其中Boost模型参数以及模型排布如表1和图1所示。

通过对比实际与仿真外特性曲线数据对模型进行标定验证，结果如图2。

图2可以看出两者误差在1%范围以内，说明模型模型搭建较为合理，能够用于仿真计算的研究。

2不同参数对HCCI燃烧的影响

2.1不同压缩比对HCCI燃烧的影响

图3-图5分别表示在不同压缩比前提下，转速n= 2000r/min、气体初始温度T=400K、压强p=2atm时的缸温、缸压以及放热率的变化情况。

从图3-图5可以看出，随着压缩比的增加，缸内压力和缸内温度的峰值都随之增大。同时也可以看出，随着压

正庚烷HCCI燃烧影响因素计算分析

Calculation and Analysis of Influencing Factors of n-Heptane HCCI Combustion

洪云HONG Yun

（重庆交通大学，重庆400074）

摘要:为了研究不同参数变化对正庚烷HCCI燃烧的影响,选择初始初始压强和压缩比两个参数,结合简化的正庚烷化学反应机理进行正庚烷HCCI燃烧仿真计算。分析结果表明:压缩比、压强等参数的变化对HCCI燃烧影响明显。压缩比越高,反应速率提高,着火时刻提前,缸压峰值、缸温峰值均明显增大;初始压强越高,缸温峰值和缸压峰值以及HRR均不同程度的增大,反应速率提高,整体燃烧持续期缩短。

Abstract:In order to study the influence of different parameter changes on n-heptane HCCI combustion,three parameters of initial pressure and compression ratio were selected,and the simulated n-heptane HCCI combustion simulation was carried out using a simplified n-heptane chemical reaction mechanism.The analysis results show that the changes of compression ratio,pressure and other parameters have obvious influence on HCCI combustion.The higher the compression ratio,the higher the reaction rate,the earlier the ignition time,the peak value of the cylinder pressure and the peak temperature of the cylinder are obviously increased;The higher the pressure,the higher the cylinder temperature peak,the cylinder pressure peak and the HRR,the higher the reaction rate and the shorter the overall combustion duration.

关键词:正庚烷;HCCI燃烧;参数影响

Key words:n-heptane;HCCI combustion;parameter influence

项目参数缸径/冲程

气缸数

排量

最

大输出功率额定转速最大扭矩转速进气方式

压缩比

126/130mm

6 9.726L 257kW 2200r/min 1200-1600rpm 增压中冷17:1

表1模拟内燃机初始参数

图1原机模型图

缩比的增加，正庚烷反应时间提前，反应速率提高。这是因为在保证其余初始条件相同的情况下，在同一曲轴转角处，压缩比越大，反应物的浓度越高，分子间的碰撞几率加大，所以燃烧反应速率增大，峰值压强和温度也增大。当压缩比过高时，混合气可能会过浓，引起发动机爆震燃烧。

2.2不同压强对HCCI燃烧的影响

图6-图8分别表示了在不同初始气体压强的情况下，压缩比为18.5、转速为2200r/min、气体初始温度为

400K时缸温、缸压以及放热率的变化情况。

从图上可以看出，随着初始压强的提高，缸内压力峰值以及缸内温度峰值增大。这主要是因为小幅度增加了进气压强，不仅变相的增大了反应物的浓度，还提高了压缩时缸内缸压和缸温，导致均质混合气自燃加快，着火点提前。一旦混合气开始燃烧，缸内温度开始加剧上升，进一步

图2外特性工况仿真与实际

对比图3缸内温度与曲轴转角

的关系图4缸内压强与曲轴转角

的关系图5放热率与曲轴转角

的关系

图6缸内温度与曲轴转角

的关系图7缸内压力与曲轴转角

的关系图8放热率与曲轴转角的关系