火花点燃激发压燃式内燃机用燃料制造技术

本发明专利技术属于内燃机用燃料技术领域，具体涉及一种火花点燃激发压燃式内燃机用燃料。以所述燃料的总体积计，包括：含有烷烃和芳烃的烃成分80～85体积％，及醇成分15～20体积％；所述燃料的研究法辛烷值为83～87，所述燃料的燃料敏感度为4～6。本发明专利技术提供的燃料在实现点燃‑压燃式内燃机高热效率的同时抑制燃烧粗暴，降低碳氢比与颗粒物生成倾向，实现无爆震燃烧。火焰传播释放出的热量占总热量的比例为30‑50％，自燃峰值放热率不高于80J/(°)CA，自燃峰值放热率相位位于上止点后5°CA附近，整个燃烧过程的最大压升率低于0.65MPa/(°)CA，对应的响度指数不高于5MW/m

【技术实现步骤摘要】
火花点燃激发压燃式内燃机用燃料
本专利技术属于内燃机用燃料
，具体涉及一种火花点燃激发压燃式内燃机用燃料。
技术介绍
内燃机量大面广，尤其是应用于车载环境的内燃机，其节能减排的效果将深刻影响国家能源安全与环境治理效果，是今后一段时间内需要不断发展并完善的
革新燃烧模式与利用低碳可再生、浅加工燃料是推动内燃机节能减排技术进步的两大措施，其中先进燃烧模式能兼顾高热效率与超低排放，打破传统内燃机中NOx与碳烟排放的trade-off关系，缓和热效率与最大压升率的矛盾，拓展稀燃极限。而以乙醇为代表的低碳、可再生燃料已经确定在2020年全国范围内进行推广，目前市面上E10燃料已广泛应用。最近二、三十年内，以均质混合气压缩着火(HCCI,HomogeneousChargeCompressionIgnition)为代表的低温燃烧模式被系统研究，其学术思想可上溯至20世纪30年代。由于早期汽油机压缩比较低，这一低温燃烧过程直至1979年才由Onishi在二冲程汽油机中发现。HCCI是一种典型的由化学动力学控制的低温燃烧模式，具有高热效率、氮氧化物(NOx)近零排放的优势，但至今未能产业化，主要受制于燃烧相位难控制，自燃时刻对环境温度压力过于敏感，最大负荷在压升率的限制下难以拓展，通常实现的有效平均压力(BMEP)不超过0.8MPa(MakkapatiSandCurtisE.BoostedHCCI-ExperimentalObservationsinaSingleCylinderEngine[C].SAETechnicalPaper2014-01-1277)，难以车用。而点燃-压燃技术，包括火花辅助压燃(SACI)、火花点火激发均质自燃(SICI)、火花点火控制自燃(SPCCI)、火花辅助分层压燃(SSCI)等，通过调节点火时刻改变燃烧相位，用火焰传播压缩末端混合气使其自燃，降低了自燃对外界温度压力的敏感性，提升了燃烧相位的控制力。同时，火焰消耗了部分混合气，降低了自燃时缸内的能量密度，再配合混合气分层策略，有助于降低自燃强度，拓展了内燃机负荷极限。其燃烧过程包含两个放热阶段，首先是火焰传播，而后是末端混合气自燃，且在无火焰传播条件下，自燃不会发生。现有的点燃-压燃模式研究多停留于燃烧控制策略的优化，参见清华大学火花点火激发均质压燃专利(CN101619670A)、马自达公司第二代创驰蓝天SPCCI发动机全工况控制策略专利(PCT/JP2017/042068)、密歇根大学火花辅助压燃发动机台架试验(OleskyLM,MartzJB,LavoieGA,etal.Theeffectsofsparktiming,unburnedgastemperature,andnegativevalveoverlapontheratesofstoichiometricsparkassistedcompressionignitioncombustion[J].AppliedEnergy,2013,105:407-17)、天津大学火花辅助压燃发动机台架试验(ZhouL,DongK,HuaJ,etal.EffectsofapplyingEGRwithsplitinjectionstrategyoncombustionperformanceandknockresistanceinasparkassistedcompressionignition(SACI)engine[J].AppliedThermalEngineering,2018,145:98-109)。控制策略的优化主要从进气温度压力、点火提前角、废气再循环率(EGR)、喷射时刻与喷射量、局部当量比等方面研究其对燃烧过程的影响，而未有专门针对燃料，尤其是包含乙醇的燃料组分优化。目前，点燃-压燃试验和模拟中使用的燃料主要为市售(乙醇)汽油，RON处于87～100之间，敏感度S处于10附近。而适用于点燃-压燃模式的燃料与传统增压小排量汽油机所用的高抗爆性汽油不同，与适用于汽油压燃所使用的低辛烷值汽油亦不同，需要在组分设计时同时考虑火焰传播与自燃两方面的要求：组分活性太高，自燃强度过大，燃烧粗暴，火焰所起的作用大大削弱，类似于HCCI；活性太低，则自燃困难。燃烧相位滞后，失去了压燃过程的高等容度与节能减排优势。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种火花点燃激发压燃式内燃机用燃料，其在实现内燃机高热效率的同时抑制燃烧粗暴，降低碳氢比与颗粒物生成倾向，实现无爆震燃烧。具体来说，本专利技术提供了如下技术方案。一种火花点燃激发压燃式内燃机用燃料，以所述燃料的总体积计，包括：含有烷烃和芳烃的烃成分80～85体积％，及醇成分15～20体积％；所述燃料的研究法辛烷值为83～87，所述燃料的燃料敏感度为4～6。优选的，上述火花点燃激发压燃式内燃机用燃料中，所述醇包含乙醇，以所述燃料的总体积计，所述乙醇与所述芳烃的体积分数的总和为24～30％。优选的，上述火花点燃激发压燃式内燃机用燃料中，所述芳烃在所述烃成分中的体积分数为10～15％。优选的，上述火花点燃激发压燃式内燃机用燃料中，所述烃成分的研究法辛烷值为65～70，所述烃成分的燃料敏感度为2～3。优选的，上述火花点燃激发压燃式内燃机用燃料中，所述烃成分含有正庚烷、异辛烷和甲苯(正庚烷/异辛烷/甲苯三组分燃料)，以所述烃成分的总体积计，所述正庚烷为32～39.5体积％，所述异辛烷为45.5～58体积％，所述甲苯为10～15％。以上所述的正庚烷/异辛烷/甲苯三组分燃料按照线性混合模型配制而成，若混合模型基于摩尔分数，则直接以各组分的摩尔分数为权重；若基于组分的体积分数构建模型，则需要采用归一化目标参数法。无论基于体积或是摩尔分数，混合模型均为线性模型。优选的，上述火花点燃激发压燃式内燃机用燃料中，所述烃成分为直馏石脑油，所述醇成分为乙醇。浅加工的石脑油，尤其是直馏石脑油具有高活性、低烯烃、低芳烃、低辛烷值与敏感度的特点，适合作为基础燃料组分，同时无催化裂化与重整环节，炼制成本远低于市售高辛烷值汽油；而乙醇具有高层流火焰速度、高火焰速度压力相关性、低温强惰性-高温强活性的特点，低压时火焰速度提升程度大于链烷烃与芳烃，火焰对燃烧相位的调控力较强；同时，在大于830K时，乙醇活性超过异辛烷，将直馏石脑油与乙醇结合，是一种潜在的、适用于点燃-压燃模式的燃料组合，在简化工艺的同时实现了燃料的低碳与低颗粒物排放。优选的，上述火花点燃激发压燃式内燃机用燃料中，所述火花点燃激发压燃式内燃机的有效压缩比为11-16：1，压缩上止点的温度不低于700K，总体过量空气系数大于1.5。本专利技术还提供了上述火花点燃激发压燃式内燃机用燃料的制备方法，将所述直馏石脑油或正庚烷/异辛烷/甲苯三组分燃料与乙醇，按照烃成分与醇成分的体积分数要求，计量-掺混-搅拌均匀，即可配制完成。本专利技术所取得的有益效果：(1)成本低、组分构成与配制方法简单，由非含氧烃类与乙醇混合而成。以直馏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火花点燃激发压燃式内燃机用燃料，其特征在于，以所述燃料的总体积计，包括：/n含有烷烃和芳烃的烃成分80～85体积％，及/n醇成分15～20体积％；/n所述燃料的研究法辛烷值为83～87，所述燃料的燃料敏感度为4～6。/n

【技术特征摘要】
1.一种火花点燃激发压燃式内燃机用燃料，其特征在于，以所述燃料的总体积计，包括：
含有烷烃和芳烃的烃成分80～85体积％，及
醇成分15～20体积％；
所述燃料的研究法辛烷值为83～87，所述燃料的燃料敏感度为4～6。


2.根据权利要求1所述的火花点燃激发压燃式内燃机用燃料，其特征在于，所述醇包含乙醇，以所述燃料的总体积计，所述乙醇与所述芳烃的体积分数的总和为24～30％。


3.根据权利要求1或2所述的火花点燃激发压燃式内燃机用燃料，其特征在于，所述芳烃在所述烃成分中的体积分数为10～15％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的火花点燃激发压燃式内燃机用燃料，其特征在于，所述烃成分的研...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志，范钦灏，齐运亮，刘尚，蔡开源，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11