上海交大研究团队提出新型双燃料燃烧方式

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据外媒报道,上海交通大学的研究团队提出一种名为智能充量压缩点火(intelligent charge compression ignition,ICCI)的新燃烧模式,可以同时实现超高效率和低排放。

此次研究旨在形成灵活可控的缸内充量分层,由汽油和柴油两种互补燃料提供动力。为了实现这种双燃料燃烧模式,该团队在一台经过改进的单缸发动机上,独立使用两个共轨直喷式系统,每个喷射系统分别由独立的开放式电子控制单元控制。

研究人员Li等人表示:“一般情况下,通过早期注入大部分汽油燃料,形成预混背景电荷(background charge),其余燃料则在压缩冲程时交替注入,以形成可控反应性分层。在喷射过程中,柴油和汽油呈分多层混合,同时活塞上行。最终,在燃料点火之前,形成理想的分层,缸内的浓度和反应性被调整到最佳条件。根据发动机工况的变化,可以改变喷射定时、燃油分流比和分流量,实时调节缸内分层。点火定时和燃烧速率可控,因此热效率较高、NOx(氮氧化物)排放较低。

实验结果表明,在85%汽油比下,高指示热效率接近50%,NOx排放远低于0.12 g/kWh。研究团队表示:“基于最佳汽油比,ICCI模式多喷射策略,可以进一步提高热效率,并改善排放。”他们还将ICCI模式与其他燃烧模式进行比较,包括反应性控制压缩点火(RCCI)、G85双直喷(DDI)、G85和G70单直喷(DI)策略。在类似的运行条件下,与其他燃烧方式相比,ICCI燃烧模式的性能更好。与RCCI或DDI燃烧模式相比,该模式的指示热效率提高约2%;与DI模式相比,NOx排放量接近于零。

更具体地说:

与ICCI模式相比,G70和G85单燃料DI燃料策略的循环变化高出4%,燃烧噪声高于2 MW/m2,NOx排放较高,约为3-15 g/kWh;而G85 DDI模式的ITE(亚磷酸盐或亚硫酸盐等酸盐)低于45%,CO和THC(碳氢化合物总量)排放量高于10 g/kWh。比起其他单燃料燃烧模式,在PM排放方面,ICCI模式的表现也更好。

ICCI和RCCI模式的NOx排放都较低,低于0.6 g/kWh。ICCI突破了在双燃料燃烧过程中由喷嘴燃油喷射带来的局限性。因此,它的ITE高于RCCI模式,同时CO的排放量更低。但在此项实验中,RCCI的PM排放,要优于ICCI。

据发现,在ICCI模式的燃料比调整过程中,随着汽油比的增加,燃烧阶段延迟,NOx排放量减少,而CO和HC排放上升。在平均指示压力为8bar的条件下,该实验发现的最优目标为,当汽油比达到85%时,效率最高为49%;同时,NOx排放较低,仅为0.1 g/kWh。

该团队总结说,未来在进一步优化的基础上,ICCI燃烧模式具有很大的潜力。

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