第1次喷油时刻对两次喷射HPCC影响的数值模拟研究

两次喷射实验工况如表4所示．图7所示为实验与计算所得缸压和放热率比较．

图中实验结果与模拟计算结果均表明，随着第1次喷射时刻的提前，放热时刻推迟，放热率曲线逐渐出现了两阶段放热的特点，并且随着第1次喷油时刻提前而更加明显．

尽管放热率曲线难以准确预测，但从缸压曲线上可以看到，模型可以对滞燃期，最高爆发压力进行大致预测，说明该计算结果较准确地预测了燃烧过程．

为了分析第1次喷油时刻对燃烧过程影响的机理，本文选取第1次喷油时刻为-35°,CAATDC与-70°,CAATDC两种情况进行对比分析．图8为放热率曲线与重要组分的生成及消耗曲线．可以看到，第1次喷入缸内的正庚烷在第2次喷油开始之前便开始消耗，并且消耗速度几乎完全相同．这说明温度对正庚烷消耗有决定性作用．但是，燃料第2次喷入缸内后，第1次喷油喷入较晚工况的正庚烷消耗速率较第1次喷油较早的工况明显加快，与此对应的OH、HO2、H2O2和CO等自由基和中间产物出现的时刻也提前，这是导致第1次喷油较晚的工况放热时刻提前的主要原因，但CH2O峰值反而略有推迟．

图9所示为两种不同的第1次喷油时刻下缸内正庚烷质量分数分布．可以看到，第1次喷油时刻为-70°,CAATDC工况下，缸内压力相对较低，燃料在缸内的贯穿距离较长，同时，较早喷射的燃料与空气有较多的预混时间，燃料在缸内分布会更加均匀．实际上，正庚烷的浓度对低温放热能量的积累速率有决定性的作用；另一方面，低温反应释放的热量会进一步促进该区域正庚烷的氧化分解，促进活性自由基的生成．这与试验结果是一致的．已有的试验研究也表明，较高的正庚烷浓度，会使低温放热提前发生，

对于第1次喷油早喷工况，较早喷入的燃料由于预混时间过长，缸内分布较稀，导致低温反应进行很弱；而当缸内温度达到低温反应温度条件时，由于其混合气更为均匀，不利于低温反应能量的积累，使其低温反应速率小于第1次喷油时刻晚喷工况，缸内温度上升较慢，使晚喷工况着火时刻提前．图10所示为第2次喷油前1°,CA(即-10°,CAATDC)的缸内温度分布，可以看到在-10,°CAATDC时刻，第1次喷油晚喷工况下，缸内温度已经有明显上升，而对于第1次喷油早喷工况却不太明显．缸内温度的提前上升导致OH、HO2、H2O2和CO等自由基和中间产物出现的时刻提前，但对CH2O峰值推迟的原因需进一步探讨．上述结果表明，混合时间越长，混合气越均匀，早喷燃油的活性反而降低，因此，第1次喷油时刻对燃烧过程中活性自由基的生成有重要的影响．由图9还可以看到，第1次喷油时刻为-35°,CAATDC工况下，由于第1次喷射燃料贯穿距离小，因此，在喷油附近区域形成的活性自由基和低温放热加速了第2次喷入缸内燃料的氧化与分解，从而导致图8中第2次喷油后正庚烷消耗速率在第1次喷油晚喷工况下较早喷工况下的快．

为了对两次喷入缸内燃料各自对燃烧过程的影响进行研究，采取如下方式：以图7中计算所得缸内压力与放热率计算结果为基准，保持其他参数不变，使缸内仅有第1次喷射和第2次喷射，计算结果如图11所示．可以看到：在第1次喷射时刻(SOI1)为-35°,CAATDC，第2次喷射时刻(SOI2)为-9°,CAATDC工况下，两个时刻单独喷射6,mg燃料都可以触发着火；而在第1次喷射时刻为-70°,CAATDC，第2次喷射时刻为-9°,CAATDC工况下，当喷射时刻为-70°,CAATDC时，喷油质量为6,mg时，缸内处于“失火”状态，这是由于燃料量过少，喷油时刻过早，缸内的活性基与温度积累不足以触发着火所致．因此，在两次喷射高比例预混燃烧工况下，着火是由第2次喷入缸内的燃料触发缸内着火，

结论

(1)汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)过程实际是由缸内直喷柴油(高活性燃料)提高混合活性与浓度分层共同作用来控制，喷油策略控制是对其燃烧过程控制的重要途径．

(2)单次喷油策略在高温放热前生成了较多的活性自由基并分布于燃烧室内较大的区域，这是导致其放热率增大的主要原因；而两次喷油中，靠近喷油处较高的正庚烷浓度是触发其高温放热提前的主要原因，活性降低，导致其燃烧放热速率较单次喷油策略时的值放缓．

(3)两次喷油策略中，第1次喷油过早使预混时间延长，降低了缸内混合气活性自由基的生成，抑制低温放热，并导致明显的两阶段放热特性．相对较晚的第1次喷油策略中，第1次喷入缸内的燃料的低温放热会促进第2次喷入燃料的氧化与分解，提高了缸内的化学反应活性，使高温反应时刻提前，放热率增大．