纯甲醇发动机均质压燃燃烧特性模拟

以甲醇为燃料,模拟研究了进气温度、过量空气系数、压缩比、EGR率等参数对均质充量压燃(HCCI)发动机燃烧特性的影响,同时确定了HCCI可行的工作范围.采用单区燃烧模型和详细化学反应动力学机理通过CHEMKIN软件模拟了甲醇发动机的燃烧特性.计算结果表明:随着进气温度和压缩比的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均升高;过量空气系数对燃烧始点影响很小,对燃烧持续期有一定影响;随着EGR率的增加,着火时刻推迟,燃烧持续期增加,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均降低.发动机转速为1 500 r/min,不使用EGR、过量空气系数为5～9时,可以实现HCCI燃烧,随着EGR率的增加,HCCI燃烧区范围变窄.     

气门参数对汽油机可控自燃燃烧控制作用的数值模拟

通过可变气门机构使部分燃烧废气保留在缸内，是实现汽油机可控自燃（controlled auto—ignition，CAI）燃烧的切实可行的办法，然而多参数可调气门机构增加了控制的复杂程度。为此，利用-维循环模拟软件在Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时均可控的四变量气门执行机构（4-variable valve actuating system，4VVAS）的汽油机仿真试验平台，探讨了气门各参数对循环热废气及CAI燃烧过程的控制作用及控制敏感性。研究结果表明，其他参数相同时，排气门定时对汽油机CAl燃烧的影响主要体现在缸内废气残留量及废气温度的大小，而进气门定时主要通过影响进气回流和有效压缩比来影响燃烧过程；存在一个最佳位置没有进气回流，能够取得最大负荷。在当量比燃烧时，排气门参数对发动机负荷和着火时刻的控制最为直接和有效，是汽油机CAI燃烧的重要控制参数。     

低温燃烧汽油机瞬态空燃比主动抗扰控制

为了实现对废气稀释低温燃烧汽油机瞬态空燃比的有效控制,提出了一种动态进气量观测器和主动抗扰控制(ADRC)的前馈反馈控制策略.进气量观测器揭示了进气前回流对进气歧管状态参数的影响规律,采用状态观测的方法实现了对缸内充气效率的动态跟踪.ADRC作为反馈环节,能够实时估计并补偿影响空燃比的内外部扰动,实现了对空燃比的闭环精确控制.实验结果表明,相比于传统的静态补偿和PID前馈反馈策略,该方案在转速变化的各种瞬态工况下提高了空燃比的控制精度.     

乙醇HCCI发动机微量排放物的模拟

为了研究乙醇均质充量压缩点燃(HCCI)发动机在缸内和排气管道中微量排放物CH2O(甲醛)、CH3HCO(乙醛)和HCOOH(甲酸)的形成演变过程,提出了乙醇简化反应机理与FLUENT软件耦合计算的方法,对乙醇HCCI发动机燃烧过程产生的微量排放物在缸内和排气管中的变化和分布进行了分析预测,同时还分析了不同当量燃空比和废气再循环率对甲醛和乙醛排放量的影响.结果表明:甲醛和乙醛是乙醇燃烧反应过程中的低温产物,缸内甲醛和乙醛的最终排放量随着当量燃空比的增加而减小,随着废气再循环率的增大而增加.     

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

废气再循环对均质压燃发动机燃烧的影响

摘要：
废气再循环(EGR)技术对多缸均质混合气压燃(HCCI)发动机的燃烧有着重要影响.文中在优化热管理技术(OKP)型HCCI发动机上对EGR进行了实验研究.结果表明：EGR在OKP型HCCI发动机中可以推迟燃烧相位,降低燃烧速率,可以用于负荷的拓展;不同负荷下采取合适的EGR比例,可以提高平均指示压力;多缸发动机各缸存在固有差异,进气温度的差异导致各缸循环变动有差异;随着废气再循环率的升高,多缸的循环变动增加,各缸的循环变动差异进一步增大. 关键词：
汽油机; 均质混合气压燃; 废气再循环; 循环变动; 缸间循环波动 中图分类号： TK 411
文献标志码： A     

汽油机缸内直喷周向分层燃烧系统的试验研究

开发了一台采用缸内直喷周向分层燃烧系统的汽油机，对喷嘴型式，火花塞与油束相对位置，供油提前角，喷油压力，进气涡流比，喷油泵柱塞直径和压缩比等燃烧系统的主要参数进行了优化，得到了发动机燃用汽油时的最优参数，采用缸内直喷周向分层燃烧系统后，汽油机的热效率与柴油机的大致相当。     

神经网络在汽油机瞬态空燃比控制中的应用

为了对稀薄燃烧汽油机的瞬态空燃比进行精确控制，提出了一个稀燃汽油机空燃比神经网络一滑模控制方案，该方案采用神经网络实现对瞬态过程中实际进入气缸内进气量的精确预测和进气管内油膜动态特性的前馈补偿．在一台稀燃发动机上进行了瞬态空燃比实验，节气门急速变化时的空燃比超调最大为1个空燃比单位，最小为0．2个空燃比单位；空燃比调整时间一般在3s以内，最快可达到1s．控制结果达到了对稀燃发动机瞬态空燃比的精确控制．     

基于控制的稀薄燃烧汽油机进气模型

提高电控汽油机空燃比控制精度是改善发动机燃油经济性、动力性和降低尾气污染的关键环节.针对稀薄燃烧汽油机的工作原理及其排放控制要求,提出了改进的基于发动机物理模型的稀薄燃烧汽油机空燃比的控制方案.对方案中稀薄燃烧汽油机进气模型进行了详细描述,利用自行研制的发动机电控系统,采用最小二乘法对模型的主要参数进行辨识,并对影响模型参数的主要因素进行了简要分析.结果表明,进气管时间常数是发动机转速和节气门开度的函数,节气门开度越大,时间常数越小.     

稀燃汽油机空燃比滑模-神经网络控制及实验

提高电控汽油机空燃比控制精度是改善发动机燃油经济性、动力性和降低尾气污染的关键环节．针对稀薄燃烧汽油机的工作原理,提出了一个稀燃汽油机空燃比滑模-神经网络控制方案,并对方案中的各环节进行了详细描述．采用自行开发的发动机电控系统,在一台稀燃发动机上进行了实验,并对实验结果进行了分析．实验结果表明,采用滑模-神经网络方案对稀薄燃烧发动机空燃比进行控制,不仅可以提高准稳态时发动机的空燃比控制精度．而且可以降低过渡过程的空燃比超调．节气门急速变化时的空燃比超调最大为1个空燃比单位,最小为0．2个空燃比单位,大大优于车用电控系统的控制结果．     

基于内部残余废气的汽油HCCI燃烧过程离子电流特性

燃烧相位和燃烧状态在HCCI燃烧控制中至关重要．为了控制该过程,需要一个来自某种燃烧传感器的反馈信号来确定实际燃烧过程的状态．通过对动态工况下火花塞离子电流与HCCI燃烧相位和燃烧状态的相关性进行研究,分析了离子电流的影响因素,提取出与燃烧相关的离子电流特征参数．结果表明,离子电流拐点相位、峰值相位与HCCI燃烧相位有很好的线性相关性,其相关系数在0．95以上,可以用于燃烧相位在线检测;离子电流峰值、积分面积和拐点值与燃烧负荷的相关系数都在0．65～0．73之间,可以在一定程度上反映燃烧负荷情况．通过检测离子电流信号用于HCCI燃烧指示并用于燃烧过程闭环控制．     

基于优化动力技术的多缸汽油机均质混合气压燃/火花点火模式循环变动

摘要： 采用优化动力技术实现了四缸汽油机的均质混合气压燃（HCCI）稳定燃烧;统计分析了火花点火（SI）与HCCI模式的切换点,2种模式下在相同负荷时缸内、缸间的循环变动特点,以及HCCI燃烧向高负荷范围拓展的限制条件和解决方法.结果表明：在1 400 r/min的较低转速下,适当增加切换点负荷,可使切换后的HCCI燃烧更为平稳;当负荷相同时,HCCI模式下燃烧参数的循环变动系数显著低于SI模式,且其平均指示压力在缸内的循环变动系数小于2.5%,缸间的循环变动系数小于3.0%;各缸之间的燃烧参数存在规律性的差异,可采用重新布置进气管路和冷却水循环管路来解决;拓展HCCI负荷范围,必须采取降低进气温度和采用废气再循环的措施,以抑制着火时刻过早和放热率过大的情况发生.
关键词： 汽油机; 均质混合气压燃; 循环变动; 模式切换; 平均指示压力
中图分类号： TK 401文献标志码： A     

EGR对甲醇HCCI发动机燃烧与排放的影响

针对均质压燃燃烧难以控制的问题,在一台发动机上,改装进排气系统,并加装均质混合气供油系统和进气加热系统,研究了外部EGR（废气再循环）对甲醇HCCI（均质充量压缩着火）燃烧与排放特性的影响。结果表明：外部EGR对甲醇HCCI燃烧过程和排放都有显著的影响,随EGR率的增加,CA10、CA50逐渐推迟,燃烧持续期逐渐延长,但影响的程度因混合气浓度的不同而变化;HC和CO排放逐渐增加,且增加的幅度逐渐变大;NOx排放仅在混合气较浓时存在（过量空气系数小于1.5时）,且随着EGR率的增加迅速下降。     

火花辅助对多缸汽油机HCCI燃烧及排放的影响

采用优化动力技术手段,利用发动机冷却水和排气余热加热进气,在多缸汽油机上实现了均质混合气压缩(HCCI)燃烧,研究了火花辅助点火对HCCI燃烧及其排放特性的影响.结果表明：当进气温度未达到HCCI稳定燃烧条件时,火花辅助有助于HCCI燃烧,并可增大平均指示压力、最大气缸爆发压力以及最大压力升高率,降低循环波动率,提高燃烧稳定性;火花辅助使得HCCI燃烧出现了2个放热阶段,当点火提前角增加时,主燃烧阶段的放热率峰值增大,燃烧起始点提前;在发动机转速为1 200~1 600 r/min的小负荷范围内,火花辅助可以适当降低NOx和HC的排放量.     

预燃室火花塞式天然气发动机燃烧性能试验

为研究装配预燃室火花塞对天然气发动机燃烧性能的影响,本文基于发动机试验台架,对其燃烧性能进行了试验研究。首先,基于试验对象,搭建发动机试验台架。随后,基于上述试验平台,分别研究预燃室火花塞的燃烧特性、空燃比特性及点火提前角特性。通过试验发现,相较于普通火花塞,预燃室火花塞可以有效提高缸内燃烧压力与燃烧速率,增强发动机动力性能,但同时会增大缸内压力升高率,导致NOx排放增加,发动机工作粗暴;预燃室火花塞稀燃特性有所下降,当提高空燃比时,更容易出现失火现象;预燃室火花塞可显著提升发动机经济性能,且最佳点火提前角有所减小。     

甲醇均质压缩燃烧缸内取样及检测分析方法

为研究均质压燃条件下,缸内残余热废气中化学物质的成分及其对甲醇燃料低温氧化过程的影响,在Ricardo单缸四冲程发动机上利用改装的GDI直喷嘴建立了缸内取样系统,参照美国EPA大气中醛酮类物质的采集标准设计了样气采集系统,并进行了热废气状态下甲醇均质压缩燃烧低温氧化过程中间产物的缸内采样实验．利用2,4-二硝基苯肼（DNPH）衍生化法对样气中的醛酮类物质进行了富集,进而利用高效液相色谱技术对其进行了定性和定量分析,通过穿透实验、洗脱实验及标准曲线制作研究了低浓度醛酮类物质的采样和分析方法．实验结果表明,热废气中含有一定浓度的甲醛、乙醛、丙酮和丙烯酮等物质,且这些物质参与了甲醇最初的低温氧化过程．     

二甲基醚发动机HCCI燃烧与排放的计算

构建了可应用于均质充量压燃（HCCI）发动机的二甲基醚（DME）详细化学反应动力学M燃烧模型，该模型包含97种物种和457个基元反应．拓展M模型的应用范围，分析了DME发动机HCCI条件下关键基元反应和重要物种随曲轴转角的变化关系，获得了DME氧化反应的主要历程．研究了NOx的生成机理，结果表明NOx排放中NO生成量达到最大值后出现“冻结”现象，NO2与N2O最终排放浓度极少且受缸内温度影响不大．随着缸内温度的增加，NOx排放中NO所占比例逐渐增加．基于化学反应速率及敏感度分析，得到了DME发动机HCCI燃烧的NO排放主要受扩大Zeldovich机理和N2O途径控制．     

多脉冲点火对火花助燃均质充量压缩着火燃烧的影响

开发了一套基于电容放电的多脉冲点火系统，可实时调整点火间隔和点火次数；并在一台内部废气再循环（EGR）的汽油机上研究了多脉冲点火参数对火花助燃均质充量压缩着火（HCCI）燃烧过程的影响。研究结果表明：采用火花助燃方式，可以在可控自燃（CAI）不能稳定工作的边界工况区域实现稳定的稀薄燃烧；增加脉冲个数，可以缩短燃烧持续期，并提高平均指示压力，增幅达8％左右；增加脉冲间隔，也可以提高平均指示压力。