喷射参数对柴油HCCI复合燃烧过程燃烧效率及散热损失影响的研究

在复合燃烧模式下研究了喷射参数对燃烧效率、散热损失和热效率的影响。试验结果表明,改变多脉冲喷射定时可控制预混燃烧放热幅度,影响NOx与HC和CO排放的折中关系。多脉冲喷射定时提前,NOx排放减少,但HC和CO增加,导致燃烧效率降低。在平均指示压力0 78MPa下,当采用复合燃烧模式,随主喷射后推,主喷射定时为3°CAATDC时,可获得最高燃烧效率,同时NOx排放仅为280×10-6,烟度为0 4BSU,相对此主喷定时,提前或拖后喷射都会使HC和CO排放增加,从而造成燃烧效率降低。     

燃油喷射补偿对柴油CI-HCCI燃烧模式切换过程的影响

针对CI-HCCI双燃烧模式柴油机在燃烧模式切换过程中容易出现平均指示压力(IMEP)波动,工作平顺性差的问题,开展了等负荷燃烧模式切换过程中的燃油喷射补偿策略改善切换过程的平顺性研究.分析了燃烧模式切换过程中的燃烧与工作平顺性特性,探讨了首循环喷油量补偿系数、过渡循环数和喷油量补偿速率对HCCI燃烧负荷下限切换的IMEP波动率的影响规律,优化结果表明采用1.06首循环喷油量补偿系数、3过渡循环数和略小于线性递减补偿速率的喷油方式,可以有效地改善切换过程工作的平顺性,IMEP波动率较直接切换降低73.3%.     

MULINBUMP HCCI燃烧控制特性的试验和数值模拟

通过试验和数值模拟方法研究了MULINBUMP-HCCI燃烧控制特性.发动机试验表明,通过控制多脉冲喷射参数可以控制预混合气的形成,从而控制燃烧放热速率,获得很低的排放水平.在不采用废气再循环的条件下,NOx排放在低负荷时只有11×10-6,高负荷时也不超过250×10-6,烟度则始终小于0.5 BSU.对多脉冲喷射预混合气形成历程的CFD数值模拟表明,不同的多脉冲喷射定时在混合气形成过程中形成不同的浓度和温度分层,从而引起燃烧特性的变化.通过控制多脉冲喷射参数来控制HCCI燃烧相位和燃烧速率是一种实用、有效的策略.     

缸内温度对柴油均质燃烧NOx排放影响的试验研究

采用在进气上止点附近进行燃油喷射,通过缸内高温残余废气促进燃油蒸发混合的方法,在单缸135柴油机上实现了柴油燃料的均质压燃(HCCI).对HCCI燃烧的燃烧特性和排放特性进行了测试分析,根据实测示功图计算了HCCI燃烧缸内温度,分析了其对NOx排放的影响,当缸内温度超过1700K时,将使HCCI燃烧的NOx排放显著增长.     

CO_2进气道和缸内喷射对柴油准HCCI燃烧的影响

通过开发的气体喷射系统,研究并对比了进气道和缸内喷射CO2对准均质压燃燃烧排放的影响.准HCCI燃烧由两段喷油实现.结果表明:随着缸内和进气道CO2循环喷射量的增大,缸内最高平均温度降低,燃烧相位推迟,最大压力升高率变化不大;NOX排放减小,HC和CO排放增大.等CO2喷射量下,NOx随着缸内CO2喷射始点的提前而减小;缸内喷射的HC和CO排放较进气道喷射的大.随着CO2循环喷射量的增大,进气道喷射的烟度开始变化不大,然后急剧上升;而缸内喷射的烟度变化不大.     

基于两次燃油喷射策略的柴油p-HCCI燃烧研究

采用基于排气与压缩上止点的两次燃油喷射进行了柴油p-HCCI(partial-HCCI)燃烧的研究,分析了首次喷射油量和2次喷射油量对p-HCCI燃烧的燃烧与排放特性的影响,并兼顾排放和经济性确定了首次喷射比例.结果表明:首次喷射与2次喷射对燃烧过程的影响不同,随着首次喷射燃油量的增加,燃烧相位明显提前,而随2次喷射比例的增加,燃烧放热率峰值增大;首次喷射和2次喷射对Nox排放的影响相同,Nox排放随着喷射量的增加而增加,而2次喷射量的增加容易造成碳烟排放的增加.通过优化首次喷射比例,可以维持在发动机指示热效率不变的情况下,降低Nox和碳烟排放.     

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。     

调制多脉冲喷油策略的实现及对HCCI燃烧过程影响的研究

基于减少燃油在气缸壁面的黏附,促进混合气的温度和浓度分层的思想,开发了一套基于PC机的调制多脉冲燃油喷射电控开发系统,通过系统硬件的抗干扰和可靠性设计,以及综合运用中断技术、直接存储器存取(DMA)技术和扩充内存规范(EMS),可以实时、独立的对多脉冲控制参数如脉冲次数、脉冲宽度和脉冲间隔进行调制,形成调制的多脉冲喷油模式。在此基础上,进行4次脉冲喷射交错式(SM)和驼峰式(HM)喷油模式的对比试验,结果表明喷油模式HM更有利于HCCI燃烧。喷油定时为90°CA BTDC,喷油模式HM的当量平均指示压力为6.43 kPa/mg,比模式SM提高28.6%;而NOx和烟度排放分别为0.16 g/(kW.h)(7×10-6)和0.5 BSU。     

基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制燃烧系统

为了实现柴油机NOx和碳烟超低排放的目标,提出了基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制均质压燃(简称HCCI)燃烧系统.该系统应用电控共轨燃油系统对燃油喷射规律实现多脉冲灵活控制,通过提前角大于上止点前90°的多次脉冲喷射,成功控制了预混合气的形成、着火和燃烧过程.从小负荷直到平均有效压力高达0.79 MPa的大负荷,均成功实现了以预混压燃燃烧为主要特征的燃烧过程,使柴油机的烟度始终能够控制在0.5 BSU以下,HC排放小于40×10-6,而NOx大幅度降低至240×10-6.     

均质压燃式(HCCI)燃烧的研究

均质压燃式（HCCI）燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点。HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时有效降低柴油机的NOX和碳烟排放，并提高柴油机的循环热效率。HCCI发动机通常工作在高空燃比和较低的压缩比条件下，工作范围较小，高负荷时功率输出不足。“双模式”HCCI发动机是解决上述问题的有效途径，并成为近期HCCI发动机研究中的热点。     

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。     

调制喷油模式对柴油HCCI燃烧性能和排放的影响

基于多脉冲喷射模式调制的电控开发系统和对柴油HCCI燃烧过程的认识,设计了一系列的典型调制多脉冲喷油模式,包括交错式(SM)、驼峰式(HM)、均衡式(EM)和递增式(PIM)．分别进行了4次多脉冲、5次多脉冲和6次多脉冲调制喷油模式的HCCI发动机试验研究．试验结果表明,柴油HCCI燃烧对调制喷油模式极其敏感,基于调制喷油模式的柴油HCCI燃烧均能达到超低的NOx排放(小于0．82 g／(kW·h))和较低的碳烟排放(小于0．5 BSU)．调制喷油模式的优化,可以使柴油HCCI发动机获得更高的功率输出,拓展其运行的工况范围．     

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。     

进气温度和过量空气系数对乙醇均质压燃燃烧过程的影响

在一台经过改进的CA6110发动机上,进行了进气温度和过量空气系数对乙醇燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究．结果表明,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,指示效率提高,平均指示压力升高．当进气温度一定时,随着过量空气系数的减小,着火始点提前,燃烧持续期逐渐变短,压力升高率变大,缸内的最大燃烧压力变大,指示效率增加．     

乙醇燃料均质压燃(HCCI)燃烧边界

在一个单缸排量为1．14L、压缩比为17：1的自然吸气发动机上,使用乙醇燃料采用进气道低压喷射,进行了HCCI燃烧区域的实验研究,结果表明,在进气温度为150℃时,乙醇燃料可以在较宽的范围内（φa=1～9）实现HCCI燃烧,并且以过量空气系数为标志存在着明显的边界,当过量空气系数φa〉9时,燃烧不完全、甚至熄火,φa=9为该实验条件下的稀燃界限,当过量空气系数φa〈3时,不加EGR则产生爆震燃烧;加入EGR则爆震现象消失,可以实现HCCI燃烧,φa=3为该实验条件下的爆震限,当过量空气系数咖。〈1时,加入较多的EGR可以实现HCCI燃烧,但由于燃烧不完全,CO排放大幅度增加,指示效率下降,φa=1为该实验条件下的浓燃界限。     

基于缸内分段直喷和负气门重叠角汽油机的HCCI燃烧

利用发动机热力循环软件BOC9ST耦合嵌入详细化学反应动力学机理的CHEMKIN代码建立了GDI-HCCI 发动机燃烧数值模型,对缸内直喷汽油机采用分段燃油喷射配合负气门重叠角控制缸内混合气化学组分、混合气浓度及温度历程的策略进行了实验验证及模拟分析．结果显示,加大负气门重叠角以及在此期间喷油可以产生燃油改质效果,缸内温度升高,使HCCI着火更容易控制．由此在保证NOx排放极低的同时循环波动明显减小,负荷稀限拓宽,燃油经济性改善．     

缸内直喷汽油机HCCI燃烧对压缩比和辛烷值的适应性研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用多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。研究了不同压缩比和辛烷值对均质混合气压燃（HCCI）燃烧排放特性的影响。结果表明,汽油HCCI燃烧呈现单阶段燃烧燃料特性,HCCI着火发生在上止点附近时油耗低。低压缩比下,HCCI燃烧可以在较浓空燃比下工作,NOx排放较高。高辛烷值燃料HCCI燃烧可运行的负荷范围窄。汽油HCCI发动机在偏高压缩比条件下燃用偏低辛烷值汽油可以获得较好的经济性和排放性能。     

基于缸内直喷的甲醇汽油混合燃料HCCI燃烧排放特性研究

在缸内直喷发动机上研究甲醇汽油混合燃料的HCCI燃烧排放特性,分析了其非常规排放的性能。试验中选用汽油、M10(甲醇体积分数10%)、M20(甲醇体积分数20%)3种燃料,并通过FTIR方法测量甲醇及甲醛等非常规排放。研究结果表明:在汽油中添加甲醇可以有效拓展HCCI燃烧的高负荷范围,M20燃料的高负荷范围比汽油提高近9%,指示燃油消耗率比汽油高5%～10%,但指示能量消耗率比汽油低2%～6%。CO、THC、NOx等常规排放随甲醇添加比例的增加而降低,而甲醇和甲醛等非常规排放随甲醇添加比例的增加而增加,并随负荷增高呈先增加后减少的趋势。     

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。