[01582857]发动机燃料与新型燃烧模式协同调控机制及方法

项目属动力工程技术领域。内燃机广泛用于国民经济和国防建设各个领域,它消耗我国石油总量的60%,贡献城市大气50%污染物排放。为了应对能源和环境挑战,本世纪以来,国际上以均质压燃、低温燃烧为代表的新一代内燃机理论研究十分活跃,提出了多种新型燃烧模式,可实现更高热效率、超低的NOx和碳烟排放,被认为可替代内燃机传统燃烧模式。但是,新型燃烧模式面临两个瓶颈：燃烧反应速度控制困难以及运行工况范围窄,如何实现全工况范围高效清洁燃烧是新型燃烧模式应用的瓶颈难题。本项目在国家自然科学基金项目持续支持下,历时10余年,开展了燃料与新型燃烧模式协同调控机制研究,创新提出了高效清洁新型燃烧模式设计方法,在全工况范围实现高效清洁燃烧。主要发现点如下： （1）揭示了新型燃烧模式燃烧机理,构建了覆盖发动机多燃烧模式和多燃料适用的燃烧反应模型体系,提出了分层燃烧动力学机理,突破了分层燃烧动力学模型无法预测缸内扩散火焰的难题,阐明了燃料与发动机协同的高效清洁新型燃烧模式调控机理。新加坡国立大学Maghbouli教授认为“提出的燃烧动力学模型在宽广的当量比范围、传统和低温燃烧模式下均能更好预测自燃着火和排放特性,优于国际其他知名机构所提模型”。 （2）提出了燃料理化特性参数对燃烧与排放影响的分离方法,发现燃料的活性（十六烷值）是影响新型燃烧模式碳烟排放的主要参数,其次是燃料中的氧;发现大比例EGR稀释的新型燃烧模式下,燃料活性对自燃着火的影响更显著,燃料优化和燃烧过程控制可以拓展高效清洁运行工况范围。德国科学院院士Kohse-Hoinghaus教授认为“阐明了燃料降低碳烟的主导机制是十六烷值作用”。 （3）阐明了混合气活性-浓度分层与新型燃烧模式耦合作用机制,揭示了燃料活性与混合气分层对燃烧与排放的影响规律,提出了基于混合气活性与分层协同控制的燃烧模式设计新方法,实现了发动机全部运行工况范围下的高效清洁运行。芬兰阿尔托大学Larmi教授认为“提出的燃烧控制新方法非常好（Excellent）,同时获得了高热效率及超低的碳烟和NOx排放,只需采用氧化催化器,即可满足欧VI排放限值。” 本项目建立了覆盖发动机多燃烧模式和多燃料适用性的燃烧反应模型体系,阐明了燃料特性对不同燃烧模式影响的基本规律,提出了燃料与发动机协同实现不同新型燃烧模式调控的方法,有力推动了节能减排技术的发展,具有重要理论价值和实际意义。在Applied Energy（3篇）,Fuel（3篇）,Combustion and Flame（1篇）,Energy（1篇）四种能源和燃烧顶级杂志上发表的8篇代表作,被SCI他引631次,2篇入选ESI top1%高被引论文,单篇最高SCI他引178次,产生了广泛的学术影响,本领域国际著名学者明确指出我们的研究“提出的燃烧动力学模型在宽广的当量比范围、传统和低温燃烧模式下均能更好预测自燃着火和排放特性,优于国际其他知名机构所提模型”,“阐明了燃料降低碳烟的主导机制是更低十六烷值作用”,“提出的燃烧控制新方法非常好（Excellent）,可在获得高热效率的同时实现超低的碳烟及NOx排放”。项目研究有力推动了燃料与发动机协同调控新型燃烧模式理论和技术的发展,通过与广西玉柴机器股份有限公司合作,开发了工程样机,为理论创新向工程技术转化提供了可行的路线;与中石化公司的合作研发,为满足高性能、低排放发动机需求的燃料设计提供了理论基础和应用支撑。