火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧的试验研究

均质混合气压燃(HCCI)燃烧高负荷拓展是内燃机燃烧领域的一个难题.在缸内直喷汽油机(GDI)上采用EGR、火花点火和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了3种燃烧方式:HCCI、火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧方式、火花点火(SI)燃烧方式,研究了不同EGR率和点火提前角对SICI燃烧排放特性的影响.结果表明,汽油SICI组合燃烧方式呈现明显的两阶段燃烧特性,调整点燃放热比例可以实现HCCI燃烧向高负荷拓展(最大平均有效压力为0.82 MPa),同时能获得较低的NOx排放和高的热效率.     

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。     

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.     

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。     

内外EGR拓展汽油HCCI发动机高负荷的试验研究

均质混合气压缩着火(HCCI)是一种高效低排放的燃烧方式,但与传统汽油机相比,HCCI发动机受爆震和NOx排放的限制运行范围较窄,自然吸气HCCI发动机的最大IMEP约为0.5MPa.在一台四冲程缸内直喷汽油机上,研究了内外EGR结合对HCCI高负荷拓展的作用.试验结果表明:HCCI发动机所能达到的最大IMEP从0.41MPa拓展到0.59MPa.在相同油量下,随着外部EGR率的增加,燃烧持续期明显增加,燃烧温度大幅度下降,NOx排放大幅降低.同时,HCCI燃烧可通过调整内外EGR的比例来加以优化.     

分层混合气拓展汽油HCCI发动机高负荷的模拟研究

为了孤立研究混合气中的温度、燃油浓度和EGR组分分层对HCCI燃烧高负荷拓展的影响,建立了CFD软件耦合化学动力学的HCCI发动机模型,研究了各种分层对汽油HCCI发动机的燃烧和排放的影响规律.模拟结果表明:温度分层可以有效降低压力升高率,具有拓展负荷的潜力;燃油浓度分层会造成NOx排放恶化,应该避免;EGR组分分层能够有效抑制燃烧和NOx排放,与温度分层组合拓展负荷效果显著.在最大压力升高率为0.5 MPa/℃A以及NOx排放200×10-6的限制下,自然吸气式汽油HCCI发动机,通过分层混合气空间优化,IMEP最大可以拓展到0.56 MPa.     

多缸HCCI汽油机SIAI/AI燃烧模式切换的试验

HCCI/SI复合燃烧模式是HCCI汽油发动机实用化的运行策略.但不同的空燃比和内部EGR率的需求给HCCI/SI模式切换带来了极大控制难度;同时由于HCCI负荷范围窄,使得燃烧模式切换频率过高,降低了发动机运行稳定性.在一台具备错位双凸轮机构的多缸汽油机上实现了火花点火激发混合气自燃着火(SIAI)燃烧方式,扩展了压燃模式下的负荷范围,研究了SIAI/SI燃烧模式的切换.结果表明,采用压缩冲程燃油喷射配合火花点火策略能够有效地避免燃烧模式切换中的失火现象,提高模式切换的稳定性;同时采用SIAI燃烧方式扩展内部EGR条件下的负荷范围,可以有效地减小模式切换频率.     

火花点火激发自燃着火稳定燃烧边界条件的试验

火花点火激发自燃着火(SIAI)燃烧具有火花点火和自燃着火两段着火特性,能够有效控制燃烧过程的压升率,可以显著拓展HCCI燃烧方式的可适用负荷范围.但SIAI燃烧的稳定燃烧比较困难,需要对混合气状态进行精确控制.在一台双缸汽油机上通过控制进气温度和喷油量实现了对混合气状态和能量密度的灵活控制,研究了SIAI稳定燃烧的边界条件.结果表明,SIAI燃烧的稳定实现需要满足:理论空燃比附近的空燃比以保证点火稳定;压缩上止点处的混合气温度在950～1,050,K内以保证自燃的实现;压缩上止点处混合气能量密度在12.5～22.5,MJ/m3内以实现自燃并抑制爆震.     

EGR策略对理论空燃比SICI组合燃烧影响的试验研究

均质混合气压燃(HCCI)高负荷拓展是内燃机燃烧领域的一个难题,火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧可以作为汽油机中高负荷区域的高效燃烧模式,实现HCCI与火花点火(SI)燃烧的衔接。在试验台架上通过改变配气相位及外部EGR循环实现了内外EGR组合策略下的SICI组合燃烧,研究了EGR策略对SI-CI组合燃烧的影响。结果表明,内部EGR有利于压燃的发生,随着内部EGR的增加,压燃比例增加,燃烧速度加快,循环波动减小,CO和UHC排放减少,SICI组合燃烧能够在更高的EGR率条件下稳定工作,理论空燃比SICI组合燃烧的工况范围得到拓展。