摻氫天然氣充量均質壓燃發動機燃燒和排放特性的數值模擬研究

李延吉，許多，宋瑞雯，李明澤

（沈陽航空航天大學 清潔能源利用遼寧省重點實驗室，沈陽 110136）

0 概述

為了滿足日益嚴格的排放法規，清潔替代能源和高效低排放燃燒技術一直都是國內外學者研究的重點。新型燃燒模式中的“均質壓燃、低溫燃燒”不同于傳統內燃機的燃燒模式，它結合了柴油機和汽油機的優勢。其基本思想是在現代內燃機控制技術的基礎上，通過控制內燃機燃燒室內的溫度、壓力和燃料、活化基及再循環廢氣的濃度，對燃燒邊界條件與燃料燃燒化學反應進行協同控制，實現可控且高效的清潔燃燒，最大限度地提高熱效率，降低有害污染物的生成［1］。

均質充量壓燃（homogeneous charge compression ignition，HCCI）的燃燒模式所用燃料不局限于汽油、柴油［2］。天然氣是一種以甲烷為主要組分的安全清潔高效燃料，其辛烷值和熱值相對較高，在高壓縮比下不會導致爆燃，且著火界限比較寬，在稀燃條件下也能有較大的運轉范圍，近幾年天然氣HCCI發動機也得到了廣泛的關注［3］。氫氣是一種清潔可再生能源，可以從其他的碳氫燃料或水中獲得。但使用純氫作為發動機的主要燃料成本過高，因此常見的氫氣利用方式為使用少量氫氣作為常規化石燃料的添加劑［4］。天然氣摻氫后可以降低燃燒所需能量，增大燃燒效率，減少燃燒后含碳排放［5］。在HCCI發動機中燃料燃燒化學反應動力學過程對燃燒過程控制起著主導作用。相對于傳統的內燃機燃燒，燃料的理化特性對HCCI燃燒過程和運行工況范圍有更大的影響［6-9］，而混合燃料策略是控制這兩個方面參數的最佳解決方案［10-11］。……