基于可变气门定时策略的HCCI汽油机试验研究

在电控气口喷射四冲程单缸试验机上,利用特殊设计的小包角配气凸轮,通过负气门重叠角实现了由内部残余废气控制的汽油HCCI燃烧,详细研究了气门定时参数对HCCI燃烧的影响.结果表明,就进排气门定时比较而言,排气门关闭时刻对内部EGR率和负荷的影响更大,而进气门开启时刻对HCCI燃烧的影响相对较小.在进排气门相位对称条件下,随着气门重叠负角的减小,最大压力升高率增加,着火时刻提前,负荷也增大.随着转速的增加,内部EGR率增加,排气温度升高,着火时刻也提前.通过调整气门定时,在不需要进气加热的条件下,可在转速880～4 000 r/min,负荷0.25～0.75 MPa（pIMEP）的范围实现HCCI燃烧.     

压缩比对汽油HCCI燃烧和排放特性的影响

通过优化动力技术对一台四缸汽油机进行改造设计,实现均质混合气压燃(HCCI),考察了压缩比对汽油机HCCI负荷拓展及冷却液和进气温度对HCCI燃烧排放特性的影响。试验结果表明:提高压缩比可以在更低的进气温度下实现SI/HCCI燃烧模式的切换,CO排放升高,HC排放下降,NOx排放呈下降趋势,且在高负荷工况时下降得更加明显。在压缩比为15时,HCCI汽油发动机可以在1 200~3 600r/min转速范围内实现稳定燃烧,提高压缩比有效拓展了HCCI发动机负荷范围。随着进气温度及冷却液温度的升高,燃烧相位提前,燃烧持续期缩短,缸内压力、放热率及温度升高;缸内循环变动率减小,实现更稳定的HCCI燃烧;CO、HC排放也随之降低,但NOx排放有升高趋势。     

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。     

进排气门相位和升程对汽油机HCCI燃烧控制的试验研究

利用内部高温残余废气加热新鲜充量是实现均质压燃（HCCI）的一种有效方式。设计了几种具有小持续角的特殊进、排气凸轮轴，以满足高内部残余废气率。在Ricardo Hydra 140单缸汽油机上，分别采用不同持续角的凸轮轴研究了进、排气门定时和升程等参数对汽油机HCCI燃烧的影响。试验结果表明，排气门定时对残余废气率和HCCI燃烧有着更强的控制作用。选择合适的气门升程可以拓展HCCI运行范围，升程大的凸轮轴将HCCI运行范围向高速大负荷方向拓展，而升程小的凸轮轴则有利于获得更低的HCCI运行负荷和转速。     

变配气正时对HCCI燃烧的影响研究

试验研究了变进排气正时对缸内早喷柴油均质充量压燃燃烧(HCCI)的影响。柴油在排气上止点附近喷入缸内,研究改变进排气门负重叠期对HCCI燃烧放热率、排放及综合性能的影响。试验研究结果表明,增大气门负重叠期,有利于早喷燃油的快速蒸发和均质混合气的形成,有利于减少柴油湿壁,但是容易使燃烧相位提前,易于产生爆振。增加气门负重叠期,HCCI燃烧的运行范围向低工况扩展,但是中高负荷受到限制。在HCCI燃烧可运行范围内,有害排放产物和指示油耗均下降。     

4VVAS可控自燃汽油机燃烧过程的试验研究

在一台配备进、排气门升程及定时同时可控的四变量气门执行机构（4-Variable Valve Actuating System,4VVAS）的进气道喷射汽油机上通过保留部分热废气的方法,实现了汽油机均质可控压燃（CAI）燃烧.通过试验考察了不同气门升程下的CAI燃烧过程,从而探讨气门参数对废气再压缩汽油机CAI燃烧的控制作用.研究表明,不同气门升程下的发动机运行负荷范围不同,适当减少有效压缩比可以减少爆震倾向,增加低转速下大负荷范围,而通过增加气门升程可以拓展高转速下CAI汽油机大负荷运行范围.发动机负荷大小主要依靠排气门参数来调节,而进气门参数能够控制进气回流和有效压缩比,从而对残余废气率及汽油机CAI燃烧过程具有对称性控制作用.     

HCCI/SI双模式汽油机全可变气门控制的研究

全可变气门技术是目前汽油机上实现均质充量压缩燃烧(HCCI)及HCCI与火花点火(SI)燃烧模式之间过渡最为切实有效的技术途径之一。为了进行HCCI的研究,开发了一套进气门升程、进气门相位、排气门升程和排气门相位等4个参数均可独立自由控制的全可变气门机构控制系统。在介绍了其运动机构、系统构成等方面后,提出了全可变气门自适应PID控制策略,并研究了在不同的发动机运行参数(包括转速、油压和油温)的控制特性,提出了在此控制特性下发动机负荷控制策略及其HCCI/SI模式过渡控制策略。     

气门正时对柴油燃料HCCI燃烧影响的初步实验研究

开发了变进排气正时控制机构,实现气门正时的调节,采用在进气上止点前进行柴油燃料的喷射,利用缸内残余高温废气余热加速燃油蒸发,实现了柴油燃料的HCCI燃烧,同时,研究了不同气门重叠期下HCCI燃烧的燃烧特性,不同负荷的工作稳定性和排放特性,结果表明,对于低温自燃性好的柴油燃料,排气门早关和进气门晚开引起的缸内温度升高比由此引起的残余废气增加对工质的稀释效果更大,使HCCI燃烧的着火始点提前,易引起大负荷工况HCCI燃烧的工作粗暴,但有利于小负荷工况HCCI燃烧的工作稳定性。     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。     

过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响

在一台Ricardo Hydra单缸四气门汽油机上,利用气门重叠负角方法实现了均质充量压缩着火(HCCI)燃烧,并通过试验研究了过量空气系数对HCCI汽油机燃烧特性的影响.研究结果表明,在相同的转速和气门相位角下,随着过量空气系数的增加,平均指示压力减小,缸内残余废气率也减小,但燃油消耗率的变化趋势与转速有关.在大多数工况下,过量空气系数为1.05时,HCCI发动机的着火时刻最早,燃烧持续期最短.过量空气系数对循环波动的影响与转速和气门相位角有关.随着转速的增加,循环波动增大.     

乙醇燃料HCCI发动机燃烧特性研究

应用调整进排气门相位控制缸内残余废气率策略,在Ricardo Hydra四冲程进气道喷射单缸试验机上实现了无水乙醇燃料的均质压燃,获得了运行工况范围,并分析研究了空燃比、转速和气门相位对乙醇燃料均质压燃的燃烧特性。结果表明:乙醇燃料的均质压燃的可运行范围仍然受到爆震、换气过程及失火的限制,但在高速及稀燃区域得到拓展;其着火时刻及燃烧持续期依赖于气门定时、空燃比及转速。     

汽油机均质压燃燃烧模型及其在CAI发动机模拟中的应用

通过分析4冲程HCCI／CAI燃烧特性，以大量的CAI燃烧示功图数据为基础，总结出一个适用于描述CAI燃烧速度的经验函数．将该函数应用于GT-Power模拟软件，并结合自行开发的凸轮型线自动生成模块，研究了进、排气门定时及升程等参数对CAI燃烧的影响，以及拓展CAI运行范围的途径．结果表明，排气门升程对平均指示压力(IMEP)的影响比进气门升程要大，较大的排气门升程有利于大负荷工况，在大进气门升程时，由于进气回流导致负荷减少．     

Inhibition effect of doping methyl tert-butyl ether compounds to n-heptane on homogenous charge compression ignition combustion

This article reports an experimental study on the combustion characteristics and emissions of homogenous charge compression ignition (HCCI) combustion using n-heptane doped with methyl tert-butyl ether (MTBE). The experiments were conducted on a single cylinder HCCI engine using neat n-heptane and 10%, 20%, 30%, 40% and 50% (by volume) MTBE/n-heptane blends at constant engine speed. The experimental results reveal that the ignition timing of the low temperature reaction (LTR) gets retarded, the peak values of heat release during the LTR decrease and the negative temperature coefficient (NTC) duration gets prolonged with the increase of MTBE in the blends. Consequently, the ignition timing of the high temperature reaction (HTR) gets delayed and both the attainable maximum indicated mean effective pressure (IMEP) and the lowest stable IMEP increase. Parametric studies on CO and HC emissions reveal that the maximum combustion temperature, pressure rise rate, IMEP, ignition timing of the HTR, combustion duration and fuel components have important impacts on HC emission, while the main parameters that show an important influence on CO emissions are the maximum combustion temperature, pressure rise rate, IMEP and combustion duration. Moreover, in order to suppress the CO and HC emissions to a low level, the maximum combustion temperature should be higher than 1500 K, the maximum pressure rise rate larger than 0.5 MPa/°CA, the IMEP above 0.3 MPa and the combustion duration shorter than 9 °CA.     

进气压力对汽油低温压燃的影响

在一台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变进气压力,研究了不同喷油正时和内部废气再循环(EGR)率下汽油压燃的燃烧特性和排放特性,并对实现汽油燃料高效清洁稳定低温燃烧(如平均指示压力循环波动系数5%,NOx排放低于0.4g/(kW·h),烟度低于0.1FSN,CO和HC排放尽可能低)的控制区间进行了探索研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和循环喷油量分别固定为1 500r/min和28mg。研究结果表明,基于燃油早喷、较低内部EGR率和适量进气压力(0.12MPa)的协同控制可以使辛烷值为93的汽油在平均指示压力约为0.47MPa的工况下实现高效清洁燃烧。     

全可变气门机构动态调节特性对汽油HCCI运行的影响

利用GT-Power和Simulink搭建了进排气门升程相位全可变(4V)HCCI发动机仿真平台,其中包括单缸机模型、HCCI燃烧模型、4V型线生成器模型、4V机构执行器模型及发动机控制器模型．在此平台上分别研究了全可变气门的升程及相位的正向和反向动态调节特性对HCCI过渡运行的影响．仿真结果给出了HCCI过渡运行中相对于气门调节的时间滞后特性,为进一步的HCCI动态过程控制提供了基础数据．     

An integrated model for negative valve overlap early injection HCCI combustion

Using exhaust top dead center injection (ETCI) mode to realize homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion would cause fuel wall wetting and combustion efficiency reduction, and there is no effective one-dimension simulation model to calculate and analyze the fuel wall wetting and evaporation process. In the research, a new type of integrated model is developed for the new application, HCCI combustion simulation based on ETCI mode. The model includes the following sub-models: fuel injection model, impingement model, film evaporation model, and combustion model. The improved Hiroyasu model and the Bai's model are coupled with homogenous combustion model and film evaporation model to calculate impingement fuel evaporation. The developed model is validated by experiment in a single cylinder diesel engine with ETCI combustion mode. The simulation and experimental results show that, film evaporation is mainly related to cylinder gas temperature and wall temperature, and there is an evident two stage heating process. The cumulate heat release rate is linear with exhaust valve closing (EVC) timing and wall temperature. The burned fuel fraction increases by 6 percent as the EVC timing advances by every 10 °CA, and increases by 4 percent as the wall temperature increases by every 50 K. The cumulate heat release rate decreases with the increase of boosting pressure, and the higher the boosting pressure, the smaller the decrease degree of cumulate heat release rate is.