摘 要

由于资源紧缺和环境污染等一系列问题的日益突出，研究出高效率，低排放的发动机燃烧方式也成为了各大研究者研究的热点。HCCI燃烧模式由于其较高的热效率，较低的排放等优点得到了广泛的研究。

本文通过内燃机数值模拟软件KIVA程序对HCCI燃烧进行仿真模拟，通过不同方式来实现HCCI燃烧模式，并进行仿真模拟得出燃烧和排放的特性，相比较可以得出上止点前60°CA喷油可达到最优HCCI燃烧模式。与传统柴油机燃烧模式进行比较，结果表明：HCCI燃烧方式缸内的油气混合均匀性及它的放热率都比传统柴油机要好，放热区间要比传统柴油机小，而排放要比传统柴油机低。

改变进气温度、EGR率以研究不同初始条件下HCCI燃烧情况及排放情况。结果表明：随着初始温度的逐步提高，燃烧始点会提前，这对控制燃烧始点有一定作用,放热率增加，SOOT排放有所减小，但同时NOx排放增加。随着EGR率的增加，燃烧始点愈靠近上止点，同时燃烧进程越稳定，NOx排放大幅度的降低，但SOOT排放有一定升高。因此为了得到最良好的HCCI燃烧，需要更多的研究来得到最适宜的初始条件。

关键词：HCCI；燃烧过程；排放；KIVA

Abstract

With the shortage of resources and environmental pollution, the study of high efficiency and low emission engine combustion has become a hot topic. HCCI combustion mode has been widely studied due to its high thermal efficiency and low emission.

In this paper, the simulation of HCCI combustion is carried out by the KIVA program of the numerical simulation software of internal combustion engine.HCCI combustion mode is implemented in different ways.The relevant parameters of combustion and emission are obtained by simulation.Compared to other method ,the 60 °CA before check points on oil close to HCCI combustion mode. Compared with the traditional diesel engine, The results showed:about the oil and gas mixing uniformity and heat release rate,HCCI combustion mode is better than conventional diesel engine,The range of heat release is smaller than that of conventional diesel engines,Emissions are lower than conventional diesel engines.

And then, changing the inlet temperature and EGR rate are used to study HCCI combustion conditions and emission conditions under different initial conditions.The results showed that:As the initial temperature increases, the starting point of the combustion is advanced,This has a certain effect on the control of the starting point of combustion, and the heat release rate increases, SOOT emissions reduces,But NOx emissions will increase.With the increase of EGR rate, the starting point of combustion is closer to the upper stop, and the combustion process is more stable.NOx emissions are greatly reduced, but the SOOT emissions have increased.In order to obtain the best HCCI combustion, more research is needed to obtain the optimum initial conditions.

Key Words:HCCI;The combusion process;KIVA;Emission

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 HCCI燃烧特点及面临的挑战 1

1.3 柴油机HCCI的燃烧方法 2

1.4 HCCI数值模拟及其国内外研究现状 3

1.5 本文内容 3

第二章 HCCI的数值模拟 5

2.1 HCCI燃烧模型分类 5

2.1.1 单区模型 5

2.1.2 多区模型 5

2.1.3 多维模型 6

2.2 HCCI燃烧模型的建立 6

2.2.1 气缸网格建立 6

2.2.2 边界条件的确定 7

2.3 本章小结 7

第三章 HCCI实现方式的选定 8

3.1 传统柴油机的数值模拟 8

3.2 几种HCCI燃烧方式的比较 10

3.3 HCCI燃烧与传统柴油机比较 13

3.3.1 均匀性比较 13

3.3.2 燃烧与排放特性 14

3.4 本章小结 16

第四章 运行参数对HCCI燃烧的影响 17

4.1 初始温度对HCCI燃烧和排放的影响 17

4.2 EGR率对HCCI燃烧和排放的影响 20

4.3 本章小结 23

第五章 总结及展望 24

5.1 总结 24

5.2 工作展望 24

参考文献 25

致谢 26

第一章 绪论

1.1 研究背景

内燃机从发明到现在已经有100多年了，由于其热效率高，比质量轻等特点被应用到各种大大小小的行业，尤其是汽车行业^[1]。自从改革开放以来，我国的汽车行业在迅速发展，至2017我国千人汽车保有量已达到121.7辆/千人。中国汽车市场规模已经跃居全球第一。

随着汽车保有量的迅速增加，内燃机对石油的需求也越来越大，供需矛盾进一步被激化。当前全球剩余原油已探明储量接近13000亿桶，按照现阶段的开采速度，可供全球大约50年的石油消耗。预估全球石油需求量平均每年上升1%,从2008年8500万桶/日增加到2030年1.05亿桶/日^[2]。而作为石油消耗的大头，内燃机技术的进步势在必行，必须要提高内燃机的燃料利用率才能缓解石油的供需矛盾。另外内燃机的污染物排放也是不可忽视的，内燃机的排放污染物主要为NOx（氮氧化物）,HC（碳氢化合物）,SOOT（碳烟排放物）,CO（一氧化碳）。这些排放物对地球环境和人类健康都存在巨大的负面作用，因此内燃机降排技术也需要巨大的提高。