基于动态递归神经网络的HCCI发动机燃烧相位辨识模型

为了实现HCCI汽油机闭环反馈控制,提出了一种利用动态递归神经网络从气缸压力信号在线辨识燃烧相位CA50(燃烧50%累积放热量的曲轴转角)的方法.该方法采集上止点附近40°CA范围的气缸压力信号,经过归一化和主元素法降维处理后,得到一个由9个特征数构成的时间序列.一个Elman动态递归神经网络以该序列为输入,计算出燃烧相位CA50.以基于全可变气门机构的汽油HCCI发动机为对象,选取了台架试验中4个典型的HCCI动态变负荷过程数据,其中一个作为训练样本,另外3个作为测试样本.测试结果表明该方法对HCCI动态过程的燃烧相位CA50预测误差小于0.25°CA;与BP网络和RBF网络相比,具有更低的误差和更强的泛化能力;与直接热力学计算方法相比,具有突出的抗干扰性和容错能力.     

基于振动信号和瞬时转速信号的HCCI燃烧相位CA10辨识

为了实现基于循环的HCCI燃烧闭环控制,提出了一种基于爆震传感器信号和瞬时转速信号的CA10(缸内燃料燃烧10%累积放热量时的曲轴转角θ10)辨识模型.在装有全可变气门系统的汽油HCCI发动机上,测取HCCI发动机各工况下爆震传感器信号和瞬时转速信号,用时频分析方法从爆震传感器信号及瞬时转速中提取表征振动信号相位信息的特征量和瞬时转速信号特征量,分析了它们和HCCI燃烧相位θ10之间关系,提出了一种计算简单,以爆震传感器和瞬时转速信号特征量为因变量的CA10辨识模型.分析表明,CA10辨识模型能比较准确地识别HCCI燃烧相位的θ10值,对于HCCI动态过程燃烧相位θ10的预测平均误差小于1.7,°CA.     

基于振动信号及瞬时转速信号的HCCI燃烧模式辨识

HCCI汽油发动机一般采用组合燃烧控制策略,根据发动机工况不同,HCCI汽油机分别采用SI燃烧模式、SI-HCCI燃烧模式和HCCI燃烧模式.在这种控制方式下,燃烧模式的辨识具有非常重要的作用与意义.笔者在装有全可变气门系统的汽油HCCI发动机上,测取HCCI发动机各工况下爆震传感器信号和瞬时转速信号,用时频分析方法从爆震传感器信号和瞬时转速信号中提取了特征量,分析了它们和HCCI汽油机燃烧模式之间的关系.通过辨识函数分析,基于爆震传感器信号特征量和瞬时转速信号特征量,建立了的HCCI燃烧模式辨识模型.分析表明,HCCI燃烧模式辨识模型能够较好地辨识出HCCI的燃烧模式,总体辨识成功率在75%左右.     

用汽油和甲醇燃油分层拓展HCCI燃烧高负荷的试验研究

在一台单缸HCCI发动机上研究了进气道喷射汽油缸内喷射甲醇形成汽油甲醇燃油分层的HCCI燃烧排放特性,探索了其拓展HCCI燃烧高负荷的潜力。试验结果表明:在汽油HCCI燃烧中喷射甲醇能够有效降低缸内混合气的温度,推迟着火时刻,延长燃烧持续期,从而降低压力升高率和缸内最高燃烧压力,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。一定的HCCI负荷工况存在最佳的汽油甲醇比例,且汽油甲醇最佳比例随着负荷的增加不断减小。在最大压力升高率0.5MPa/°CA和较高的指示效率的限制下,自然吸气条件下采用汽油和甲醇燃油分层的HCCI燃烧最高负荷比汽油HCCI燃烧提高了近50%,达到0.62MPa。     

二甲醚燃料均质压燃燃烧研究

在一台压缩比为16.5的2135柴油机上实现了纯二甲醚(DME)的均质充量压缩燃烧(HCCI)燃烧方式。试验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于0。在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷变化不大。对DME的HCCI燃烧机理等进行的研究表明,由于纯DME的着火比较早(上止点前28°CA左右),发动机只能在中低负荷较小范围内运行。为了扩展发动机运行工况,控制HCCI着火,通过在DME中添加LPG以降低燃料十六烷值的方法和在进气中加入惰性气体CO2的方法来改进和控制HCCI的燃烧。试验表明以上两种方法都可以有效的控制HCCI燃烧,拓展HCCI发动机运转范围。     

HCCI柴油机燃烧过程数值模拟研究

均质压燃(HCCI:homgeneous charge compression ignition)燃烧方式已成为发动机领域的硬件研究热点。针对CA4D32-09型柴油机,对HCCI燃烧过程进行了计算模拟,并利用统计的方法对影响HCCI燃烧特性的因素进行分析,通过计算得出HCCI发动机燃烧过程的影响因素及发动机主要参数对混合气均质特性的作用。     

基于并行计算的二次喷射式HCCI汽油机的三维数值模拟

建立了缸内直喷HCCI汽油机带进、排气道的燃烧系统的三维工作过程循环数值模型,实现了HCCI发动机包括进气、压缩、燃烧、膨胀和排气工作过程的三维循环模拟并进行了验证.首先基于并行计算进行了不同当量比(负荷)工况下HCCI发动机缸内过程的对比分析,研究了负荷对HCCI发动机着火、燃烧和排放的影响.进而模拟了缸内直喷二次喷射的HCCI发动机循环工作过程,解析了HCCI发动机着火燃烧和排放过程,揭示了HCCI发动机缸内直喷二次喷射控制着火的规律.计算结果有助于对HCCI燃烧过程的深入理解,为HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据.     

柴油燃料HCCI燃烧的稳定性研究

实现宽广负荷范围内的稳定燃烧是目前HCCI燃烧研究的热点之一．而HCCI燃烧在高、低负荷时的工作不稳定性是影响HCCI燃烧实用性的重要问题之一。在前期研究实现单缸柴油机HCCI燃烧的基础上,主要分析了发动机负荷和气门重叠期的变化对HCCI燃烧稳定性的影响,探讨了造成不稳定燃烧的原因。结果表明：HCCI燃烧在中间负荷燃烧稳定性最好,但在低负荷时容易产生失火,高负荷时容易产生燃烧压力振荡,造成不稳定燃烧;负气门重叠期增大有利于小负荷的燃烧稳定性,负气门重叠期减小有利于大负荷的燃烧稳定性。     

双燃烧模式发动机性能和排放特性对比的试验研究

在一台经过改进的单缸发动机上实现了乙醇燃料火花点火（SI）燃烧和均质压燃（HCCI）燃烧.获得了两种燃烧方式各自的工作区,定义了乙醇HCCI燃烧的爆震边界和失火边界.研究结果表明,通过进气加热,仅靠空气稀释,乙醇燃料的HCCI燃烧工作上限最大达到了SI工作方式下的50%.与火花点火相比,在乙醇HCCI燃烧的工作区域内,由于采用的是稀混合气,排气温度低,NOx的排放降低幅度达到58%以上.发动机负荷越小,混合气变的更稀,缸内燃烧温度降低,NOx的降低幅度越大,但CO和HC的排放升高.     

LIF技术在HCCI发动机甲醛定量测量中的应用

利用激光诱导荧光(LIF)技术对HCCI光学发动机内甲醛进行了定量测量研究.Nd:YAG激光器的3倍频输出激光(355 nm)被用来激发甲醛(CH_2O)的104能级,通过测量CH_2O荧光信号推导CH_2O的质量分数信息.实验在HCCI光学发动机缸内燃烧环境下测量了CH2O随曲轴转角变化的在线定量数据.实验结果表明:在进气之前,发动机缸内基本不存在CH_2O;在-28°CA附近,缸内出现了少量的CH_2O;在-10°CA时,缸内CH_2O达到峰值,荧光信号最强;0°CA时,缸内燃烧反应进入高温阶段,高温使CH_2O迅速消失.将所得实验数据与DARS软件仿真得到的模拟数据进行对比,得到了很好的一致性.     

基于径向基函数神经网络的内燃机气缸压力识别

提出了一种新的利用内燃机缸盖振动信号识别气缸压力的径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络方法。首先,给出了该方法的实现原理与步骤,并根据内燃机的工作特性,对径向基函数神经网络的参数进行了有效的设置,建立了完整的内燃机缸盖振动信号与气缸压力之间的非线性映射关系;然后,对试验数据进行了处理。结果表明,这种方法不仅在压力波形而且在特征点的数值上都具有较高的识别精度并有较强的鲁棒性。最后,对有关问题进行了讨论。     

基于离子电流反馈的失火循环内补火控制试验

基于自行搭建的汽油均质压燃发动机试验台架和离子电流检测系统,针对均质压燃燃烧临界工况进行了离子电流检测和闭环燃烧控制试验研究.分析了正常燃烧、部分失火及完全失火3种状态下的离子电流信号特征,提出了基于离子信号幅值或积分值为反馈信息的失火循环内补火的燃烧控制策略.补火控制试验结果表明,在均质压燃临界工况,离子电流信号幅值或信号积分,都可以作为燃烧失火判断的依据,可以应用于循环内燃烧反馈控制.失火循环内补火控制可以有效降低碳氢排放.     

基于离子电流的缸内直喷汽油机HCCI燃烧检测研究

在缸内直喷汽油机上,对基于离子电流的HCCI燃烧检测方法进行了研究.结果表明,直喷方式下,离子电流信号受背景噪声影响,信噪比较低.当过量空气系数φa＜1.6时,信号特征值与燃烧相位线性对应关系良好;但φa继续增加时,信号幅值大幅减弱,二者线性相关系数显著降低.喷油策略也会对燃烧相位检测结果造成影响,在相同过量空气系数下...     

Ozone-assisted combustion of hydrogen: A comparison with isooctane

Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engines have the potential to achieve low emissions of nitrogen oxides and particulate matter but the use of carbon-based fuels leads to significant emissions of carbon monoxide and unburned hydrocarbon which hinder the widespread development of HCCI. Nonetheless, HCCI engines have also the potential to use various types of fuel such as hydrogen, a carbon free fuel. The present study examined hydrogen combustion in an HCCI engine comparing hydrogen with isooctane. The sensitivities of CA05, CA50 and ringing intensity to intake pressure, intake temperature and ozone were investigated for both fuels. Results highlighted that hydrogen autoignites more easily than isooctane despite its higher-octane number. Ozone seeding was therefore used to shift the combustion region of isooctane in order to perform a viable comparison between the two fuels while starting with the same initial conditions. From this point, all of the three parameters were found to promote the HCCI combustion of both fuels but greater sensitivities were observed for hydrogen than for isooctane. Ozone was observed to have the strongest influence, making it a good strategy for a future control approach. The noise level of hydrogen was very high due its high reactivity. Finally, the use of hydrogen together with ozone should enable a very clean engine cycle to be achieved cycle with only water and nitrogen as engine-out emissions.     

Characterization of ringing intensity in a hydrogen-fueled HCCI engine

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) is a promising alternative combustion strategy having higher thermal efficiency while maintaining the NO_x and soot emissions below the current emissions mandates. The HCCI combustion engine has typically lower operating load range in comparison to conventional engines. The HCCI combustion is constrained by various operational limits such as combustion instability limit, combustion noise limits, emission limits and peak cylinder pressure limit. High load limit of HCCI combustion is typically limited by very high heat release rate, which leads to ringing operation. Intense ringing operation leads to very high combustion noise, and heavy ringing operation can also damage the engine parts. Thus, it is important to investigate the characteristics of ringing intensity (RI) in HCCI engine. Hydrogen fueled HCCI engine combines the potential advantages of alternative fuel as well as the alternative combustion strategy. This study presents the RI characterization and prediction using chemical kinetics and artificial neural network (ANN) for hydrogen-HCCI operation. In the first part of the study, the effect of equivalence ratio (φ), inlet temperature (T_ivc), and engine speed on ringing intensity is investigated using chemical kinetics model. Based on ringing operation characteristics of hydrogen HCCI engine, ANN model is used to predict the ringing intensity (RI) for different engine operating conditions (i.e., φ T_ivc, engine speed) and different combustion parameters. The result indicates that RI increases with advanced combustion phasing (CA₅₀), higher inlet temperature, and equivalence ratio. To control the ringing operation, the CA₅₀ position needs to be retarded by optimizing the T_ivc and φ. Maximum engine operating range is found for lower engine speed (i.e., 1000 rpm) and reduces with increase in the engine speed. The results showed that the RI is strongly correlated to the CA₅₀ position with a correlation coefficient of 0.99 at constant inlet temperature. The ANN results also show that ANN model predicts RI with sufficient accuracy. The ANN model predicts RI with engine operating conditions as well as combustion parameters with a correlation coefficient of 0.97 and 0.95 respectively.     

SI/HCCI双燃烧模式汽油机火花塞离子电流检测装置的研究

为了研究离子电流信号在HCCI燃烧负荷拓展控制中的应用,研制了一套用于SI/HCCI双燃烧模式下离子电流检测装置,检测出两种模式下的离子电流信号,取得了满意的效果。研究表明离子电流信号能够良好地指示实际燃烧过程,如燃烧定时、非正常燃烧等,可为HCCI燃烧控制提供非常重要的信息。     

均质充量压缩点火燃烧研究进展

柴油机以扩散燃烧为主 ,汽油机燃烧是预混燃烧 ,两种燃烧方式都不能解决碳烟和氮氧化物生成的trade-offs关系。介绍了新一代内燃机燃烧理论———均质充量压缩点火 (HCCI)燃烧方式 ,HCCI燃烧由化学动力学控制 ,无明显的火焰前锋 ,最高燃烧温度较低 ,生成的碳烟和一氧化氮的量很少 ,这种燃烧接近等容燃烧 ,有很高的热效率 ,可以解决碳烟和氮氧化物的trade-offs问题。列出了HCCI燃烧的技术措施和典型的燃烧方式 ,也指出了HCCI燃烧需要解决的几个问题 :燃烧控制、均质混合气的形成、HC和CO的控制、冷起动和过渡工况、控制系统等。燃烧控制是HCCI燃烧中最重要的问题。