汽油HCCI发动机燃烧相位及瞬态过程的控制

由于HCCI燃烧受化学动力学控制,燃烧相位控制一直是HCCI面临的挑战之一.通过缸内直喷方式,可以灵活控制HCCI燃烧相位.研究表明,在HCCI失火界限,在负气门重叠期喷入燃油,能够实现燃油重整,通过调整不同的负气门重叠喷油量,可以控制燃烧相位;在HCCI爆震界限,负气门重叠期的喷油会导致燃烧粗暴,NOx排放大量上升,而在压缩行程喷入燃油形成分层混合气,能够有效地控制燃烧相位,且不引起排放的恶化.通过负气门重叠喷油形成的组分控制和压缩行程喷油形成的浓度控制相结合,能够在整个HCCI运行范围内有效地控制燃烧相位.通过考察燃烧相位调整的瞬态过程,发现通过缸内直喷技术,能够在一个发动机循环内实现燃烧相位的调整,控制灵活,响应迅速.     

柴油均质压燃燃烧循环变动的试验研究

通过在柴油均质充量压燃(HCCI)发动机上进行的试验,研究了运行工况、喷油压力、废气再循环(EGR)和进气增压条件对HCCI燃烧循环变动的影响。结果表明:负荷增加有助于降低循环变动,在低负荷工况,循环变动率随转速增加而增加;不同负荷条件下,喷油压力增加,循环变动率均呈现出先增大后减小的趋势,最大值出现在喷油压力为90MPa时;EGR率增加导致循环变动率增大,但变化幅度不大;增压压力增加,循环变动率呈现先降低后升高再降低的趋势,在低负荷时变化趋势比较明显。     

臭氧对天然气HCCI发动机燃烧影响的数值研究

HCCI(均质充量压燃)发动机的燃烧过程主要是受到燃料本身的化学反应动力学控制,因此改变燃料的化学性质能够有效地控制HCCI发动机的燃烧过程。由于天然气不易压燃的化学特性,所以天然气HCCI发动机低负荷运行时,会因燃烧反应速率过慢而出现火焰温度低、燃烧不充分甚至"失火"等现象。本研究中,通过耦合详细介绍天然气和臭氧(O3)的燃烧反应机理,并结合HCCI单区模型,模拟计算了进气道添加O3对天然气HCCI发动机燃烧相位的影响并进行化学反应路径分析。通过模拟计算与试验结果对比得出:进气道中添加10~40 ppm的O3可以改变天然气的燃烧反应路径,实现对天然气HCCI发动机燃烧相位的控制。低浓度的O3能有效地改变天然气低温燃烧时的燃烧相位并提高缸内燃烧压力,拓宽天然气HCCI发动机低负荷工况范围。     

缸内直喷汽油机SI-HCCI-SI燃烧模式切换的研究

双燃烧模式是车用均质混合气压缩着火（HCCI）发动机理想的运行策略,即在中小负荷下使用HCCI燃烧模式,而在大负荷和高转速下过渡到传统的火花点火（SI）燃烧或柴油机燃烧模式运行。采用可变配气和缸内直喷技术,在一个发动机循环内改变配气策略和喷油策略,实现从SI模式所要求的常规火花点火配气相位向HCCI模式要求的负阀重叠配气相位的跳变,配合缸内直喷策略的调整,实现SI模式和HCCI模式间的切换。通过分步切换的策略,可以提高切换过程的稳定性。燃烧模式切换可在一个发动机工作循环内完成,切换过程平稳迅速可靠,无失火和爆震等异常燃烧现象的发生。     

直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声控制研究

开展多缸柴油机瞬态工况燃烧噪声的控制研究。分别在四缸自然吸气发动机、增压发动机、引入EGR发动机和高压共轨发动机上开展了不同负荷工况下的瞬态与稳态工况的燃烧噪声测试分析,开展了增压、EGR和喷射策略对燃烧噪声控制研究。增压对瞬态工况的燃烧噪声有一定的抑制作用,增压对恒转速增转矩瞬态工况燃烧噪声的控制效果要好于对恒转矩增转速工况。瞬态工况引入适当的EGR有助于燃烧噪声的降低,EGR控制瞬态工况燃烧噪声的关键是能够实时对EGR率进行调节。相对于稳态工况,瞬态工况下应取较大的预喷量和与主预喷间隔,并得到试验的验证。     

外部EGR和内部残余废气对汽油HCCI燃烧的耦合控制

基于可变气门机构的内部废气重压缩策略为HCCI燃烧模式的实现提供了有效的手段,但是对HCCI燃烧过程的控制也受到r很多限制,缺乏灵活性.引入外部废气再循环,利用外部废气对HCCI燃烧过程中缸内充量温度和成分的影响,可以有效地控制缸内的温度条件和热力过程,进而使发动机的燃烧过程得到优化.在确定的工况下,通过优化发动机的燃烧过程,可以降低发动机的机械负荷,减少燃油消耗率,并使HC和Nox放得到改善.     

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.     

柴油机HCCI燃烧阶段缸内工质状态的模拟研究

针对柴油机均质充量压燃（HCCI）燃烧过程燃烧始点难以控制和大负荷爆燃的技术难点,建立了HCCI柴油机缸内燃烧阶段模型,通过对R4102柴油机的模拟计算,获得了燃烧阶段缸内工质T—P变化历程,分析了进气温度、过量空气系数、压缩比以及喷油时刻等因素对柴油机HCCI燃烧过程的影响,鉴于发动机实际运行工况,最后模拟研究了综合因素效应对柴油机HCCI燃烧始点的影响．研究结果为HCCI柴油机优化设计和燃烧控制提供指导依据。     

多缸汽油HCCI发动机燃烧循环变动的研究

在均质混合气压燃(HCCI)发动机研发中多缸不均匀性是一个重要的问题.通过在缸内直喷汽油机(GDI)上采用两次燃油喷射和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了SI/HCCI复合燃烧方式,研究了汽油HCCI发动机在不同燃烧模式下的多缸燃烧循环波动特性.研究结果表明:在汽油机中低负荷典型工况下,HCCI燃烧pi的缸内循环波动率小于2%,缸间循环波动率小于3%;HCCI发动机缸间循环波动主要受进气量的影响,与SI燃烧模式相比,采用稀燃模式的汽油HCCI燃烧缸间循环波动较小,HCCI燃烧的压力升高率和最高燃烧压力的循环波动率较小.     

直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声的试验研究与分析

研究直喷式柴油机瞬态工况对燃烧噪声影响机理。开展内燃机瞬态工况测试技术和测试方法研究,找出瞬态工况下燃烧噪声相对于同转速、同负荷的稳态工况燃烧噪声差异的规律,并从瞬念与稳态工况下燃烧过程的差异对试验结果进行分析。瞬态工况擘面温度、喷油爪力、针阀升程最大值和针阀外启持续时问均高于同负荷同转速的稳态工况,导致瞬态工况滞燃期、燃烧始点和喷油最与稳态工况相比产生差异。结果表明,瞬态工况下动力负荷和压力高频振荡相对于同负荷同转速的稳态工况发生改变是引起燃烧噪声产生差异的根本原因。