论文摘要
随着微纳米技术研究和微制造技术的不断进步,微动力装置应运而生。微动力装置与传统的电池相比,具有更小的体积,更高的能量密度,在当今的工业生产中具有极为广阔的应用前景。微型发动机作为微动力装置的关键部件,研究其燃烧特性对于微动力装置的开发具有极其重要的意义。本文在分析国内外微型发动机和均质充量压燃（Homogeneous Charge Compression Ignition , HCCI）研究现状的基础上,对微型发动机均质充量压燃（HCCI）的燃烧特性进行了分析和试验研究,从而为微型发动机的设计提供了基础性研究。均质充量压燃（HCCI）技术以其低氮氧化物、低微粒排放和高热效率的优点,被认为是满足未来严格排放法规的新一代燃烧方式,已引起了国际内燃机学术界和工业界的高度重视。微型发动机作为一种高能量密度的可携带能源装置,通常与使用者近距离的接触。为了使用者的健康,对于微型发动机的燃烧特性（例如排放）必须有严格的要求。均质充量压燃（HCCI）技术是微形发动机达到这一要求的最好选择之一。本文分为六章,第一章首先总结归纳了微型发动机、HCCI燃烧的国内外研究现状;接着介绍了课题的来源及其研究的意义;最后给出了本文的主要研究内容。第二章从微型发动机燃烧的特点、HCCI燃烧技术的基本概念、微型发动机HCCI燃烧过程及燃烧特点、HCCI燃烧的过程控制、HCCI燃烧模型及应用的分类对微型发动机HCCI燃烧的基本理论进行了研究;同时,还对HCCI燃烧方式和传统燃烧方式进行比较;指出了HCCI燃烧存在的问题;最后,探讨了HCCI燃烧方式的发展趋势。第三章介绍了HCCI燃烧试验系统和试验使用的仪器设备。第四章首先从试验用发动机的指示平均有效压力,指示效率、放热速率、燃烧持续时间以及排放物与发动机转速的关系分析了试验用发动机的燃烧特征;通过光学摄像分析了小排量高速发动机在不同转速下的HCCI燃烧组织变化过程;分析了不同转速下燃烧过程中分界层厚度的变化情况;最后,分析了不同转速下HCCI燃烧过程中原子团的形成和演变过程。第五章对影响微型发动机HCCI燃烧的关键设计参数（挤气间隙,汽缸壁温度和燃烧室形状）进行了分析研究。第六章得出本文的结论。本文在一台由二冲程水冷的O.S.25单缸小型发动机改造而成的单缸HCCI发动机上使用二乙醚燃料进行试验研究。本文的研究结果表明:①在HCCI发动机燃烧过程中,未燃烧或部分燃烧的碳氢化合物比较高,即HC和CO的排放值比较大;但有害物NOx的排放非常低。②微型发动机设计（例如Vibrating Micro-engines for Power Generation and Microsystems Actuation , VIMPA）的0.25mm挤气间隙是可以燃烧的,最佳的设计剂气间隙是0.75mm。③为了取得好的扫气和相对高的燃烧效率,在微型发动机的设计（VIMPA）中需要考虑设计冷的曲柄轴箱和暖/热的燃烧汽缸壁。④碗形汽缸盖的燃烧室比扁平形汽缸盖的燃烧室对淬熄更敏感,对于厘米级别HCCI燃烧微型发动机,扁平形汽缸盖的燃烧室最适合。本文的研究工作对微尺度均质充量压燃HCCI着火燃烧特性提供了一定理论依据,为进一步开发设计微型HCCI发动机提供了基础研究。