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均质充量压缩燃烧HCCI(HomogenousChargeCompressionIgnition)是一燃烧和排放的影响。结果表明：HCCI是双阶段着火燃烧，它分为低温反应COCO2H2O2快和蓝焰反应区是高CO的排放区，仅发生低温反应区是高排放区。(与什么期的结论一致？)ThehomogeneouschargecompressioncombustionofHCCI(HomogenousChargeCompressionIgnition)isanewtypeofenginecombustion,itisagoodsolutiontotheproblemoffueleconomyandemissions,andhasahigherthermalefficiencythanthetraditionalengine.HCCIenginetoachieveawiderangeofapplicationisalsofacingtheignitiontimingcontrolandtheexpansionofthescopeofoperatingconditionsofthetwomainchallenges.Inordertosolvethesetwoproblems,mainlystartingfromthefollowingtwoaspects:1)controlofthecombustionenginerunningboundaryconditions;2)controlofthefuelcharacteristics.Inthispaper,chemicalkineticssoftwareCHEMKINestablishedazero-dimensionalsingle-zonemodelforHCCIengine,heptaneasthefuelofthecharacteristicsoftheHCCIcombustionprocess,andstudytheboundaryconditions,suchastheintakeairtemperature,inletpressure,fuel-airequivalentratio,compressionratioofdieselHCCIcombustionandemissions.Theresultsshowedthat:ofHCCIisatwo-stagecombustion,itisdividedintothelow-temperaturereactionstageandthehigh-temperaturereactionstage,inwhichhigh-temperaturereactionstageisdividedintotheresponseofblueflameandhotflamereaction.ThekeytothehotflamereactionH+O2=O+OHproceedingsshallow,andthereforethereisnosufficientOHradicalsCOcompleteoxidationtoCO2;onlylow-temperaturereactionoccursmainlytotherapid ofthecylindertemperaturedidnotmaketheH2O2,ThiscannotgenerateenoughOHtoformaldehydeconversiontoCOTherefore,theoccurrenceoflowtemperaturereactionandtheblueflamereactionzoneisthehighCOemissionzones,onlylow-temperaturereactionzoneinthehighformaldehydeemission:HCCI；N-heptane；Combustion第一章绪 引 HCCI的介 HCCI的发展状况及主要技术难 HCCI的特点 HCCI的国内外发展状 HCCI的主要技术难 课题研究的意义及主要方 第二章计算软件及模 CHEMKIN软件简 计算模型的选取及介 第三章正庚烷HCCI燃烧动力学模 正庚烷化学反应动力学模型的概 两阶段着火的定义及正庚烷均质压燃燃烧特 两阶段着火的定 正庚烷均质压燃燃烧过程的分 正庚烷的反应机 低温反应 中温反应 高温反应 本章小 第四章边界条件对HCCI燃烧过程的影 进气温度的影 进气压力的影 当量比的影 转速和压缩比的影 本章小 第五章全文总 参考文 致 同的方式可以有很多种分类，但最常用的是按来分成汽油机、柴油机、天然气发动机、发动机等，而汽油机和柴油机又是最常用的发动机。（SI，如图因素的限制，汽油机压缩比低，热效率低，但火焰区的温度可达2600K，排图1.1HCCI（CI，现如今，在全球石油资源严重短缺和汽车排放越来越严格的情况下内燃机行业正着汽车能源需求与环境的双重压力一方面汽车所使用的主要是从石油中提炼出来的汽油和柴油专家们和一些机构公司比较一致的看法是，现有的石油资源还可维持40～50年1～]。另一方面，随2003年（（C（x排放量分别是1995年相应排放量的2～3倍严重污染了大气危及健康[4]为了突破传统内燃机利用率和有害排放两个极限，人们在20世纪90年代后期开始逐步探索新的燃烧过程HCCI（HomogeneousChargeCompressionIgnition[5]。它不同度和压力，控制、活化基以及再循环废气的尝试，实现“燃烧边界条件与化学的协同控制实现高效、清洁燃烧。由于它以均匀、低温“整了多缸HCCI稳定燃烧,并取得了大幅度降低油耗和排放的效果[6]。可见,排放的要求,因此,HCCI燃烧技术具有广阔的研究空间和重大的研究意（NTOx[]HI综合了汽油机均质点燃和柴油机压缩自燃的特点,即它是像汽油机那样在进气及压缩行程形成均质混合气,当压缩到上止点附近时均质混合气自燃着火,在缸内形成多点火核,既有效地维持了着火燃烧的稳定性,又减少了火焰的HCCI同时在多点着火,节流损失减少,稀混合气可采用较高压缩比,接近于理想与普通发动机相比,HCCI发动机采用的是稀薄均质混合气多点同时着火及分布式燃烧方式,燃烧迅速且不存在缺氧情况,同时,又减少了火焰放。HCCI发动机在部分工况下的NOx排放相对柴油直喷机（汽油机）可降HCCI发动机除可以使用汽油、柴油和天然气等作为发动机的外,还种或多种混合而成的。从原理上说,只要火前燃油能够蒸发并与空气混合,就可以用作HCCI燃烧。HCCI发动机可以使用多种,在一定工况下实现稳定运行,得到较化成CO2,故HC和CO排放大幅度增加。燃烧理论的研究。2001年组织由部分著名大学和五个国家以通过第六框架组织包括英国、德国、瑞典等国家大学和企业开展HCCI究。我国也在年批准了以苏万首席科学家的计划项目——“新等国外车巨头都在投巨资研发该技术，其中曼甚至称最快有望在欧Ⅵ实年,国内外分别在基础理论研究、柴油HCCI燃烧控制研究和汽油汽油和代用HCCI燃烧控制的方法,Mase[12]、Yokota[13]等人研究了柴油油机HCCI燃烧过渡过程控制[15]HCCIHCCI的燃烧控制提供了经验。目前,世界各国对HCCI发动机技术的研究的应用有着的前景。要在发动机上应用均质压燃有两个关键:一是向混控制和运行工况范围的拓展。也正是因为这两题使得HCCI发动机不能燃烧速率过快，导致燃烧，易发生爆燃。因此目前HCCI燃烧方式主要机 燃烧方 缸径×行程 排量 压缩 净重 外形尺寸 从前面可知，I燃烧受化学反应动力学控制，其着火和燃烧速率主I如改变进气温度、进气压力、当量比、EGR率等初边界条件来控制燃烧。因HEKI（HEIALKINETIS最早的版本始于1980，由Sndia国家的KeeRJ等人所开发[0]，经过多年的不断发展日趋完善，后来由ReactionDesign公司收购并CHEMKIN—I（1989CHEMKIN—II（1996、CHEMKIN―Ⅳ等，目前版为4.1。CHEMKIN是一种非常强大的求解复杂化学反应问题的软件包，常用于对燃烧过程、催化过程、化学气相沉积、等离子体及其他化学反应的模拟。加上该软件具有结构合理、可靠CHEMKIN以气相动力学表面动力学传递过程这三个软件包为基础，提供了对21种常见化学反应模型及后处理程序，其中最的是气相动力学。CHEMKIN4.1由近年推出，与前几代产品相比其性能更加完善，界面设置更加人性化。HEKIN4.1中主要的应用模型有AORA、SUFTHE、PAS、ESAF、PEIX、OPPDIF、SPINSH、SININ等。图2.1CHEMKIN解释器用来读入用户提供的燃烧过程中涉及的化学反应机理,该机理由可逆或不可逆的基元反应及其动力学参数(指前因子AB和活化能E)所组成,同时还可包含惰性物质(反应第三体)参与的反应;解释器接下来从热力学数据库中提出与此机理中涉及的物质有关的热力学数据库包含了大多数燃烧问题中涉及的反应物、中间产物及终产物的热力学信息,其数据格式是按照Cordon和McBride的NASA格式所制定的[22]。气相子程序库由100多个高度模块化的子程序所构成,它们提供了诸率和敏感性分析的计算结果,这些结果均有质量分数、摩尔分数和摩尔浓中,对用户感的流动燃烧过程进行模拟。利用CHEMKIN软件可以对反应物进行零维单区、零维多区、模型模拟。零维单区模型作为理想模型，假设了混合气在燃烧室中的热力学状态、各组分浓度分布温度和压力均匀代表了燃烧室内混合气“高温区而且该区首先发生自燃，因此通过“区”的计算可以预测HI燃烧过程，特别是能较准确地计算着火定时和滞燃期。由于HI具有均质分布式HCCI随着I研究的兴起人们对各种氧化机理的研究变得异常活跃由于正庚烷辛烷值为0，十六烷值为56，与目前使用的柴油十分接近，能够代表柴油机在I发动机中的燃烧特性，而得到了广泛的关注。故采用由LrneLivermre国家urrnH教授发展的正庚烷化学动力学机理。为了减少计算时间，本文正庚烷机理采用包括159种反应物的简化模型[3]。试验研究表明，HCCI）（高分子碳氢化合 的两阶段氧化过程即低温氧化阶（800K左右）（1000～1100K阶段[5]。由于烃类燃烧涉及复杂的反应机理（可包含几百种组分和几千个基元反应，长期以来，除了几种最简单的如H2、CH4等之外，人们都对更复杂的（C5-C8）的详细氧化机理的研究忆取得了很大进展。例如，对正庚烷（C7H16）详细化学动力学模型，有英国理工学院Lindstedt和Maurice的模型LawrenceLivermore国家Curran的模型法国Nacy虽然详细的正庚烷化学反应动力学模型能够描述正庚烷的氧化3.1[5]是HCCI发动机工作时典型的缸内压力曲线。从图中可以看出，3.11050K3.（b（cCH2O、H2O2OH在高温反应开始时大量生成，这说明它们在高温反应中都起着重要的作用。CO在蓝焰CO2在热焰反应阶段迅COCO2。3.2HCCI取决于烃的种类和环境压力。如图3.３是正庚烷氧化过程流程图。（C7H15OO（·C

ββ图3.３（1）～（53.（aC7H15-1085.NC7H16+OH=>C7H15-1093.NC7H16+HO2=>C7H15-1087.NC7H16+OH=>C7H15-1095.NC7H16+HO2=>C7H15-图3.４ .C7H15-2+O2=C7H15O2- .C7H15-3+O2=C7H15O2-由于过氧烷基产物只出现在低温反应阶段，它们是低温反应阶段特有的产图3.５反应组（3）（4 .C7H14OOH2-3+O2=C7H14OOH2- .C7H14OOH3-2+O2=C7H14OOH3- .C7H14OOH3-4+O2=C7H14OOH3- .C7H14OOH2- .C7H14OOH2- .C7H14OOH3- .C7H14OOH3- .C7H14OOH3- 图3.6低温反应是放热反应，它可使系统的温度升高200℃左右，因此低温氧化阶段又称为“冷焰”燃烧。该阶段的主要功能[5]有两个：①通过放热反应（rdilpool（8（9（4（8（9（10②反应组（9）C7H14OOH=>③反应组（10）HO2+HO2=H2O2+O2在中温区，除了以上三组反应外，还有一个很重要的反应路径，即CO 3.7（a（b）成HCO自由基最主要的基元反应是：63.CH2O+OH=>HCO+H2O。而HCO的消耗是通过一系列反应转化成CO，其中最重要的一个基元反应是：图3.7HCO和CO3.8（a（b）途径开始朝庚烷基裂解成小烃基和烯烃的方向转化。即当温度达到大约（7反应组（7）这类反应发生的原因是在高温下与单一分子相关的活化能比多分子的反应更容易克服。图3.83.9（a（b）出在均质压燃条件下，烷烃基的生成量却很少，尤其是大分子烷烃基，如进行程度非常浅，即几乎不发生直接裂解反应，这就是HCCI燃烧和传图3.93.10（a（b）图3.10H2O2和OH看出生成22的主要基元反应是100.22222分子结合而成的。而结合成22的HO2自由基的来源主要有以下两个方面：一是在负温度系数区，74H各同分异构体裂解，积累了大量的2自由基，由图3.４（b）中2的摩尔分数图可知，2的浓度从负温2基元反应9.22对2自由基的生成起了主导作用，由图3.7（）HO自由基的反应速度图可以看出，自由基在被氧气氧化转化成的同时也生成了大量的2O2浓度继续增大，并达到一个最大值。随着温度的升高，2自由基变得越来越活跃，形成22，同时浓度迅速下降。101、支反应取决于产生的自由基浓度混合气越浓产生的自由基越多

图3.11OH的主要途径13、结合中温反应中逐渐转化成这一反应过程释放出大量的光和热，使系统温度急剧升高，称为热焰反应。从中我们看到，O主要被H自由基氧化成2，所以H是促使O氧化最和完全氧化为2的反应途径如图3.12所示：

图3.12高温反应阶段CO正庚烷燃烧是双阶段燃烧,由低温反应阶段和高温反应阶段组成4OH自由基的主要来源。CH2O、H2O2是低温反应的重要产C7H14OOH自由基按三种途径分解为比较稳定H2O2OH大量减少，因在高温反应阶段反应途径则由第一次加氧反应转向庚烷基的分解2222（）（）应既是系统着火的标志，也是该阶段H基的主要是来源，在这个阶段，H2O被OH自由基脱氢生成HOHCOCOOHCO2的过程，OHCO氧化最重OH自由基的主要来源是反应H+O2=O+OH。；315K图4.14.2HCCI4.3是其它条件不变，改变进气压力时缸内压力和温度的变化情况。4.3（a）还可以看出，缸内最高压力随着进气压力的增加而有比较明显的升高，但最高燃烧温度却基本保持不变。NO的生成机理是温度NO就越多，而控制最高燃烧NONO的生HCCINOx排放量4.3为1.8时，发生了失火现象，这是因为随着当量比的增加，燃油在混合气中0.11（+O2进行得很缓慢，所以放热也很慢，致使缸内最高温度只有1016K，达不到高温反应所需的临界温度（约105K）[]。由于混合气过稀，没发生高温氧化反应，使得在低温反应阶段生成的O在之后的各反应阶段保持不变，这就是发动机在稀混合气区容易生成的原因。随着燃空当量比增加到0.2时，燃烧开始出现比1457发生了仍有不少的相应的当量比为0.310°I的设计到头重要，要保证I发动机获得高的燃烧效率，缸内温度不能低于1500[5]。图4.4当量比对缸内压力、燃烧温度和CO的初期氧化反应也是很快，但也很快变慢，在40°CA会变得相当活跃，逆向反应速度加快，从而导致CO的消耗速度变慢。由此4.5是在其它条件不变的情况下，不同转速对缸内压力和温度的影响图4.5图4.6NOHCCINOx排放量基本不变的有效措施。1050KCO没能发生高温氧化反应，则在稀混合气区CO。随着当量比的增加，高温区所占的比例也跟着增大。在当量CO。1正庚烷燃烧是双阶段燃烧,由低温反应阶段（LTR）和高温反应（4）+O2C

OOH2-

NC

7

NC7H16OH、（1）NC7H16OH、（1）2

NC77

7

7 （8）（9）（10）

离 自由基（NTC区

NC

7

+O2C

OOH3-

7

C7H14OOH自由基按三种途径分解为比较稳定H2O2OH大量减少，因在高温反应阶段反应途径则由第一次加氧反应转向庚烷基的分解H的主要途径如下所示：

从研究中可知蓝焰反应阶段由H2O2热分解反应H2O2（+M）=OH+OH（+M）OH基的主要是来源，在这CH2O被OHHCO自由基，HCO自由基被氧化成COCOOHCO2的过程，OHCOOH自由基的主要来源是反应H+O2=O+OH。COCO2的反应途径为：

2NOHCCINOx排放量基本不变的有效措施。1050KCO没能发生高温氧化反应，则在稀混合气区CO。随着当量比的增加，高温区所占的比例也跟着增大。在当量且当温度升高到一定的高度时，CO2COCO+OH<=CO2+H会CO的消耗速度变慢。由此可CO。n史宝钧.世界石油市场近况及发展趋势[J].中国能源杨延相编译，—丰田公司汽车技术研讨会技术资料（一，天津大学内燃机燃烧学国家，1997.4.龚金科.汽车排放及控制技术[M].：人民交通华，赵华，王建昕，等.均质压燃低温燃烧发动机理论与技术：科学[J].发动机,2007,(3):1～7.2011（9325～325.ChristensenM,EinewallP,JohanssonB.HomogeneousChargeCompressionIgnition(HCCI)UsingIsooctane,EthanolandNaturalGas-ACompressionwithSparkIgnitionOperation[C].SAEPaper972874,1997,1～11.郑茂桃，吴玉明，何青海，等.内燃机HCCI技术的发展[J].2010（32：88～89，2012（9AoyamaT．AnExperimentalStudyonPremixed-chargeCompressionIgnitionGasolineEngine.SAEpaper960081．MaseYJ．Nissan’sNewMultivalveDIDieselEngineSeries.SAEpaperYokotaH．`ANewConceptsforLowEmissionDieselCombustion．SAEpaper970891．，华，.柴油机HCCI燃烧过程中自燃着火和燃烧速率，，，等.汽油机HCCI燃烧过渡过程控制策略[N].农业TANAKAS，AYALAF，KECKJC，eta1．Two-StageignitioninHCCIcomb