dme微火源对汽油机高稀释混合燃烧调控机理研究 (1)

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1、天津大学博士学位论文DME微火源对汽油机高稀释混合燃烧调控机理研究StudyofDMEMicroFlameIgnitionHybridCombustionunderHighDilutionConditionsinaGasolineEngine学科专业：动力机械及工程研究生：徐康指导教师：谢辉教授天津大学机械工程学院2017年2月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一

2、同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据中文摘要火花点火-可控自燃(SI-CAI)混合燃烧，在高废气率条件下面临调控燃烧放热能力下降和循

3、环变动加剧的问题。针对该问题，本课题组提出了二甲醚(DME)微火源引燃的概念，即通过在缸内直喷少量DME形成微火源，利用高能量的微火源取代火花点火引燃汽油混合气，促进和控制混合燃烧。本文重点研究了高废气率下DME微火源对混合燃烧放热过程的调控机制以及对循环变动的抑制作用，并发展了微火源引燃混合燃烧的着火预测模型。研究结果可为汽油机高稀释混合燃烧控制和循环变动抑制提供基础依据。首先，建立了光学发动机试验平台，并结合计算流体力学(CFD)以及化学反应动力学仿真，研究了DME喷射时刻对微火源分布的影响及其对着火燃烧的影响规律。结果表明，受DME喷雾缸内混合过程的影响，直喷时刻早于

4、40°CABTDC时,DME喷雾表现为离散型分布，而在晚于40°CABTDC时则呈现集聚型分布。集聚型分布的DME由于其浓度较高而容易火，因此在喷入缸内后迅速自燃，形成具有一定体积的高能点火源（即微火源）。高能微火源一旦形成，即可对高稀释混合气的着火和火焰形成发挥主导作用。由此，DME直喷时刻可用于线性调控高稀释混合燃烧的着火和燃烧定时。离散型分布的DME，由于其浓度较低，无法率先着火形成点火源，因此直喷DME的作用仅表现为提升整缸混合气的活性，提高燃烧速度，而无法用于直接控制燃烧放热。其次，在光学发动机上，通过对比分析不同废气率下SI-CAI和DME微火源引燃高稀释混合燃

5、烧的循环变动特征，揭示了DME微火源引燃策略抑制高废气率下混合燃烧循环变动的作用机制。结果表明，高能微火源不仅可以稳定引燃高稀释混合气，有效抑制燃烧边界条件的变动对着火时刻的影响，从而显著降低着火时刻的循环变动。外部EGR率不超过18%，着火时刻循环变动的标准差可从SI-CAI的1.6°CA下降至0.5°CA。此外，由于微火源引燃混合燃烧的初期火焰发展速度远高于SI-CAI燃烧，火焰传播持续期下降10°CA左右，这也有助于降低湍流火焰传播的随机性导致的燃烧循环变动。当外部EGR率增加至37.7%时，DME微火源依然能够通过DME直喷时刻控制燃烧相位，并将其标准差控制在1.5

6、°CA以内。最后，研究了DME浓度和EGR率对自燃温度的影响规律。结果显示，随着DME浓度的上升，自燃着火温度下降，但其下降幅度随DME浓度的上升而放缓，而外部EGR率与自燃着火温度呈近似线性正相关。基于上述规律和课题组已有的自燃温度阈值判据架构，建立了DME微火源引燃混合燃烧的着火时刻预测模型，将其集成于GT-Power进行了循环变动的仿真。当EGR率从27%上升I万方数据至37.7%时，仿真得到的着火时刻循环变动标准差从0.28°CA上升至1°CA，这与试验结果基本一致。连续50个循环着火时刻的模拟结果对相应实验结果的循环跟踪误差不超过1°CA。仿真结果验证了着火预测模

7、型的有效性。关键词：二甲醚，微火源，混合燃烧，废气稀释，循环变动II万方数据ABSTRACTSparkignition-controlledauto-ignition(SI-CAI)hybridcombustionconfrontsproblemsincombustionphasingcontrolandcyclicvariationunderhighdilutionconditions.Inordertosolvetheseproblems,theconceptofdimethylether(DME)microf