不同EGR方法对柴油燃料HCCI燃烧影响的探讨

研究了内部EGR和外部EGR模式对柴油燃料HCCI燃烧的影响。随着内部EGR率的增大,HCCI燃烧的着火始点提前,在相对较小的负荷下,-40°CA气门重叠期的着火始点比-20°CA气门重叠期的着火始点提前5~7°CA,内部EGR的加热作用大于其对混合气的稀释作用;内部EGR增大有利于均质混合气的形成,使柴油燃料HCCI燃烧的烟度排放减小,但使低NOx排放的负荷范围减小;外部EGR起到了推迟着火始点的作用,是一种有效的扩展运行范围负荷上限的方法。     

小升程凸轮轴发动机HCCI燃烧特性的研究

为了在发动机的低速低负荷区实现均质充量压缩着火（HCCI）燃烧，设计了气门升程小和气门开启持续期短的进、排气门凸轮轴，并将其安装在Ricardo Hydra单缸汽油机上。试验研究了发动机使用理论空燃比混合气时的燃烧情况，结果表明，使用负气门重叠角可以在低速低负荷区实现HCCI燃烧。在HCCI燃烧方式下运行时的平均指示压力（PIMEP）依赖于气门定时和发动机转速。排气门关闭越早，缸内的残余废气量增加，每循环进气量减少，燃烧持续期变长，PIMEP减小，然而泵气损失减小；进气相位对PIMEP的影响小于排气相位的影响；高的发动机转速对燃烧过程的影响类似于排气门早关．     

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。     

废气再循环和发动机运转参数对不同辛烷值燃料HCCI燃烧的影响

考察了废气再循环(EGR)、进气温度、冷却水出水温度和转速等发动机运转参数对HCCI发动机燃烧特征和排放特性的影响。实验结果表明：随EGR率提高,各种燃料的两阶段着火时刻推迟,燃烧持续期延长;高十六烷值燃料可以容许较高的EGR率,RON75最高仅可以采用45％的EGR;EGR对高十六烷值燃料的CO和UHC影响不大,对高辛烷值燃料的CO影响明显,并随EGR率增加CO排放升高。在其它运转参数中,进气温度对HCCI燃烧影响最为显著,随进气温度提高、冷却水温度升高,HCCI燃烧的着火时刻提前、燃烧持续期缩短,高辛烷值燃料的UHC和CO显著降低。转速升高,着火延迟,燃烧持续期延长。此外,研究发现,高辛烷值燃料对HCCI发动机的运转参数更为敏感。     

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。     

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。     

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.     

均质压燃燃烧着火时刻的循环变动

在一台改装单缸机上,研究了进气温度、进气压力、外部废气再循环率等运行参数对汽油均质压燃(HCCI)燃烧着火时刻循环变动的影响.结果表明:着火时刻对应的曲轴转角对HCCI燃烧循环变动有重大影响.着火时刻提前,HCCI燃烧循环变动较小.不同运行参数对燃烧循环变动的影响不同.进气温度和冷却水温度升高、进气压力增大有助于减小着火时刻循环变动,过量空气系数和EGR率增大会增大着火时刻循环变动.     

燃烧室EGR策略下汽油CAI燃烧试验Ⅰ:气门定时影响及实现CAI燃烧定时区域

燃烧室EGR策略是实现可控自燃(CAI)的一种有效技术手段.在装备电控液压驱动可变气门机构的单缸机试验系统上,研究了使用燃烧室EGR策略实现CAI燃烧时,进、排气门定时对汽油CAI燃烧的影响.试验结果表明,在1000r/min采用对称负气门重叠角(NVO)定时变化时,在NVO为140～240°CA 内能够实现CAI燃烧...     

外部EGR对HCCI汽油机拓展运行范围的影响

在Ricardo Hydra单缸四冲程发动机上,通过将外部废气再循环引入到使用全可变气门运动机构实现的基于内部废气重压缩策略的HCCI燃烧过程中,研究外部废气对HCCI燃烧的影响规律.在相同的气门参数下,外部废气可以推迟着火时刻,延长燃烧持续期,降低发动机的最大爆发压力和最大压力升高率.将外部废气再循环应用于原HCCI燃烧范围的上边界,可以有效避免限制发动机大负荷的爆震现象.结合气门参数的灵活调整,使用越多的外部废气可以得到越大的负荷,但是,当外部废气率增大到一定程度,出现失火的现象,限制负荷范围的进一步拓展.在不同的转速下,引入外部废气再循环的方法可以将基于内部废气重压缩策略HCCI发动机的负荷范围向大负荷方向平均拓展30%左右.     

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。     

Active fuel design—A way to manage the right fuel for HCCI engines

Homogenous charge compression ignition (HCCI) engines feature high thermal efficiency and ultralow emissions compared to gasoline engines. However, unlike SI engines, HCCI combustion does not have a direct way to trigger the in-cylinder combustion. Therefore, gasoline HCCI combustion is facing challenges in the control of ignition and, combustion, and operational range extension. In this paper, an active fuel design concept was proposed to explore a potential pathway to optimize the HCCI engine combustion and broaden its operational range. The active fuel design concept was realized by real time control of dual-fuel (gasoline and n-heptane) port injection, with exhaust gas recirculation (EGR) rate and intake temperature adjusted. It was found that the cylinderto- cylinder variation in HCCI combustion could be effectively reduced by the optimization in fuel injection proportion, and that the rapid transition process from SI to HCCI could be realized. The active fuel design technology could significantly increase the adaptability of HCCI combustion to increased EGR rate and reduced intake temperature. Active fuel design was shown to broaden the operational HCCI load to 9.3 bar indicated mean effective pressure (IMEP). HCCI operation was used by up to 70% of the SI mode load while reducing fuel consumption and nitrogen oxides emissions. Therefore, the active fuel design technology could manage the right fuel for clean engine combustion, and provide a potential pathway for engine fuel diversification and future engine concept.     

废气再循环和进气加热实现汽油机HCCI燃烧的性能对比

废气再循环和进气加热是实现汽油机HCCI燃烧的两种不同方式,其对HCCI燃烧性能的影响也不同,为此,在同一台汽油机上分别采用废气再循环和进气加热实现HCCI燃烧,并分析了其在HCCI燃烧性能上存在差异的机理.试验结果表明,相对于进气加热,废气再循环的工质比热容高,但由于稀释比较小,使得其工质总热容反而低,从而缸内燃烧温度高.废气再循环HCCI燃烧的未燃HC排放比进气加热的排放值低41%～59%;NOx排放是后者的2～20倍;而CO排放与负荷有关;其燃烧效率比进气加热HCCI的值高0.8%～14%.然而,由于进气加热的PMEP低,缸内工质比热比大,传热损失小,最终使得进气加热HCCI燃烧的ISFC比废气再循环HCCI燃烧的值低6.6%～16.4%.     

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．     

Control of homogeneous charge compression ignition combustion in a two-cylinder gasoline direct injection engine with negative valve overlap

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) has challenges in ignition timing control, combustion rate control, and operating range extension. In this paper, HCCI combustion was studied in a two-cylinder gasoline direct injection (GDI) engine with negative valve overlap (NVO). A two-stage gasoline direct injection strategy combined with negative valve overlap was used to control mixture formation and combustion. The gasoline engine could be operated in HCCI combustion mode at a speed range of 800–2 200 r/min and load, indicated mean effective pressure (IMEP) range of 0.1–0.53 MPa. The engine fuel consumption is below 240 g/(kW⁻¹·h⁻¹), and the NO _x emission is below 4 × 10⁻⁵ without soot emission. The effect of different injection strategies on HCCI combustion was studied. The experimental results indicated that the coefficient of variation of the engine cycle decreased by using NVO with two-stage direct injection; the ignition timing and combustion rate could be controlled; and the operational range of HCCI combustion could be extended. Translated from J Tsinghua Univ (Sci & Tech), 2006, 46(5): 720–723 [译自: 清华大学学报]     

在汽油机上实施HCCI的技术策略

均质混合气压燃(HCCI)燃烧方式，是一种克服常规柴油机和汽油机缺点、集常规汽油机和柴油机优点于一体的新概念燃烧。本文分析了汽油机实施HCCI的可行性，介绍了HCCI发动机实用化所面临的问题，提出了双工作模式的折衷方案：在中低负荷工况实施HCCI，而在大负荷工况和冷起动工况恢复常规发动机工作方式。推荐可变压缩比(VCR)方案、可变废气再循环率(EGR)方案、可变排气门关闭时刻方案，以及废气再循环滚流分层充气方案等。为尽快在汽油机上实施HCCI燃烧方式指出了技术方向。     

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。     

内部EGR与汽油燃料HCCI燃烧关系的探讨

HCCI燃烧是一种新的发动机燃烧技术，介绍了HCCI燃烧的实现方式，指出EGR是最有可能获得四冲程汽油HCCI燃烧的方法，并且其可以通过早关排气阀得到；简要分析了内部EGR对HCCI燃烧的影响；阐述了为捕捉残余废气而改变气门正时过程中存在的泵气损失和回流损失问题。