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《气缸壁涂加催化剂对均质压燃发动机燃烧特性的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第4期(总第177期)车用发动机No.4(SerialNo.177)2008年8月VEHICLEENGINEAug.2008气缸壁涂加催化剂对均质压燃发动机燃烧特性的影响曾文,徐葳,艾延廷,马洪安(沈阳航空工业学院动力与能源工程学院,辽宁沈阳110136)摘要:通过修改CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,对气缸壁涂有催化剂的HCCI燃烧过程进行了数值计算。对比分析了缸内催化燃烧对HCCI发动机的着火时刻及NOx排放的影响;讨论了当气缸壁涂有催化剂时进气温度、进气压力、压缩比、过量空气系数及催化剂种类等多种工况参数对HCCI燃烧特性的影响。关键词:催化燃烧;均质
2、压燃;表面反应动力学模型;气相反应动力学模型;数值模拟;甲烷中图分类号:TK421.2文献标志码:B文章编号:100122222(2008)0420044204由于环境污染的日益严重以及世界性的能源危改SENKIN模块中的能量方程及组分方程,加入表机,目前国内外内燃机的发展目标是既要降低油耗,面反应模块,对气缸壁涂有催化剂的HCCI发动机又要减少有害排放。然而,在传统的燃烧模式下,经的燃烧过程进行了数值计算。对比分析了催化燃烧济指标和排放指标在一般情况下很难同时优化,因对HCCI发动机着火时刻及NOx排放的影响,同时此改进发动机燃烧模式已成为大势所趋。从20世对气缸
3、壁涂有催化剂时在多种工况参数下的HCCI纪70年代开始,国外许多学者开始了将催化燃烧应燃烧过程进行了计算。为在HCCI发动机中实现催用于内燃机中的研究,并取得了一定的成果。相对化燃烧以控制着火时刻、降低未燃HC,CO的排放于传统的燃烧,催化燃烧是一个无火焰传播的燃烧及扩展燃烧极限提供了理论依据。过程,并且有着更低的着火温度。因此可以考虑在1物理模型内燃机的预燃室、活塞顶和气缸盖上涂加催化剂,改变缸内的燃烧过程和内燃机燃烧特性,降低未燃颗如图1所示,缸径为89mm,行程为169.1mm,[1]粒、CO及HC的排放,扩展燃烧极限。近年来,连杆长度为105.8mm。在上止
4、点和下止点之间的一种新的燃烧模式———均质充量压缩点燃(HCCI)气缸壁四周涂有催化剂。的提出为催化燃烧应用于发动机提供了新的契[2]机。HCCI发动机采用多点着火及分布式快速低温燃烧技术,因而具有热效率高和NOx排放极低的突出优越性,近些年来已成为世界范围的研究热点。但HCCI过程还存在许多问题有待解决:其适用的工况范围较窄,着火时间、燃烧速率不易控制,HC及CO的排放有待降低等,而催化燃烧所特有的燃烧特性对解决上述问题有较大的帮助。但是,催化燃烧是一个复杂的物理和化学过程,包括表面反应动力学、气相反应动力学和质量、动量和能量的输运过程,同时内燃机中的燃烧过程和流
5、图1物理模型动过程又极其复杂,因此对此燃烧过程进行计算机模拟需要巨大的计算机资源。但随着计算机性能的2计算模型提高、新的数值方法、燃烧模式的提出和基元反应机单区模型把整个燃烧室视为温度、压力和组分理的建立,使对此过程进行计算机模拟变为可能。[3]相同的反应器,不计燃烧室内的温度和压力的不均本研究通过耦合DETCHEM软件包及[4]匀性。CHEMKIN软件包中的SENKIN模块,通过修收稿日期:2008204213;修回日期:2008206215作者简介:曾文(1977—),男,湖南省沅江市人,副教授,主要研究方向为催化燃烧在内燃机中的应用的基础性研究;zengwen
6、928@so2hu.com。©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2008年8月曾文,等:气缸壁涂加催化剂对均质压燃发动机燃烧特性的影响·45·dYi2力峰值分别升高了21K,0.1MPa。组分方程:=vWi(wÛi+Ûsi)。dtr能量方程:KRTdν2QÛ-v∑uiWi(wÛi+Ûsi)dTνWdti=1r=。dtcv式中,QÛ,v,R,W和cv分别为主燃室内热损失率、比容、气体常数、平均分子质量和比定容热容,ui为
7、主燃室内工质中第i种组分的内能,wÛi,Ûsi,Wi和Yi分别为第i种组分的气相化学反应速率、表面反应速率、分子质量和质量分数,t为时间,r为气缸半径,T为工质的温度。其中,wÛi可由CHENKIN程序计图2催化燃烧对缸内温度的影响算得到,Ûsi可由DETCHEM程序计算得到,发动机气缸的容积及其导数是曲轴转角的函数,可由基于[5]连杆曲轴的运动公式求得,缸内热损失采用[6]Woschni经验公式计算。3化学动力学模型311表面反应动力学模型催化反应采用甲烷的表面反应详细机理。甲烷在Rh表面的反应机理包括6种气体组分、12种表面[7]组分和38个表面反应;在Pt
