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     

压缩比和CO2对二甲醚燃料均质压燃燃烧的影响

在一台2-135柴油机上实现了纯二甲醚(DME)的均质充量压燃(HCCI)的燃烧方式.为了扩展发动机适用工况,控制HCCI着火,进一步通过调节试验发动机压缩比以及在优化的压缩比下在进气道中加入气体CO2的方法来改进和控制HCCI的燃烧.试验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于零排放.在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷增加而减少.对DME的HCCI燃烧机理等进行研究表明,由于纯DME十六烷值高导致着火较早(上止点前28°左右),该发动机只能在中低负荷较小范围内运行.改进的燃烧方法可以有效地控制HCCI燃烧,拓展HCCI发动机运转范围.     

HCCI汽油机混合燃烧及放热率计算模型

火花辅助点火HCCI燃烧,是介于纯均质压燃着火燃烧以及传统火花点火燃烧这2种燃烧模式之间的一种特殊的燃烧模式.为此,在全可变气门机构HCCI单缸试验发动机上.研究了火花辅助点火SI-HCCI燃烧模式过渡过程的燃烧特征.通过对火花辅助点火对HCCI燃烧及混合燃烧影响规律的系统分析,提出了产生混合燃烧必须满足的温度条件,建立了由SI向HCCI切换的判断条件计算函数;结合SI函数、HCCI函数和切换条件函数,构建了能够描述混合燃烧过程的燃烧放热率计算模型,为SI-HCCI模式过渡控制策略研究提供了理论依据和技术手段.     

HCCI／SI复合模式汽油机闭环控制策略的整车驾驶循环评估

HCCI燃烧应用于实际车辆,面临燃烧闭环控制、动态过程控制及HCCI／SI模式过渡控制等难点问题．本文针对这些问题展开研究,基于GT—power软件建立了四缸HCCI／SI复合模式汽油机模型及轿车动力学模型,采用Simulink软件建立了HCCI／SI复合模式汽油机分层闭环控制器．通过典型驾驶过程以及NEDC循环的仿真,对HCCI／SI发动机闭环控制器的动态控制能力和模式切换控制能力进行了研究,详细考察了HCCUSI复合模式汽油机轿车的燃油经济性的改善效果．仿真结果表明,HCCI／SI复合模式汽油机及其控制器可以实现驾驶过程中HCCI与SI模式的比较平滑的过渡,满足车辆行驶的动力需求,并显示出良好的经济性,在整个NEDC循环中比原机节油12．2％．     

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     

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．     

实时燃料设计的均质充量压缩着火燃烧与排放的试验研究

根据燃料设计的思想,提出了混合燃料比例实时优化的均质充量压缩着火(HCCI)燃烧控制新方法,并在HCCI单缸发动机上进行了HCCI异辛烷/正庚烷实时控制试验.结果表明:混合燃料HCCI着火以及燃烧相位主要取决于正庚烷实际的燃空当量比;异辛烷的加入对爆震当量比界限有所拓展,但HCCI爆震主要与混合燃料总当量比有关;随着辛烷值比例的提高,导致HCCI运行范围变窄,但是实时调控证明相对纯正庚烷,混合燃料的HCCI燃烧最大负荷提高了80%.试验证明了实时优化控制HCCI燃烧和降低排放的可行性.     

内燃机HCCI技术的发展

机产业化的难题所在;阐述了目前国际上HCCI产业化研究主要集中在汽油机和柴油机HCCI燃烧控制方面,包括燃烧诊断、燃烧模式切换和瞬态工况过渡;缸内直喷多段喷射是HCCI燃烧在车用发动机上应用更有前途和更具可行性的方式。     

缸内直喷燃料改质控制HCCI着火时刻和燃烧速率的研究

提出了汽油缸内直喷（GDI）多段燃油喷射策略来控制缸内混合气的温度、浓度及化学组分，实现了对HCCI着火时刻和燃烧速率的控制.研究了不同喷油策略、喷油比例和喷油时刻对HCCI着火、燃烧和排放的影响.结果表明，缸内直喷可以有效地控制HCCI着火始点和燃烧速率，降低燃烧循环波动，拓宽HCCI高低负荷下的运行范围.     

正庚烷/柴油双燃料复合HCCI燃烧的试验研究

通过在进气道预喷正庚烷,在上止点前缸内直喷柴油压燃,试验研究了不同预混合比例和不同负荷下的正庚烷/柴油双燃料复合HCCI燃烧和排放特性.结果表明:复合HCCI的热效率和原机柴油直喷压燃模式相当,并且可以在全负荷范围内有效降低原机的Nox排放,在大负荷时采用较小的预混合率还可以同时降低碳烟排放;与常规HCCI相比,显著降低了HC排放,同时在中低负荷对降低CO排放也有明显效果.     

正庚烷均质压燃燃烧特性和排放特性的实验研究

为进一步了解高十六烷值燃料均质压燃的燃烧特性和排放特性，以正庚烷（n-heptane）为燃料，在一台改装的单缸直喷柴油机上进行正庚烷均质压燃台架实验．结果表明，正庚烷在均质压燃模式下表现出明显的双阶段着火特性；随着混合气浓度增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值升高；随着发动机转速升高，燃烧放热率峰值先降低后升高，高转速的缸内最大爆发压力降低；当废气再循环率增大，缸内最大爆发压力和燃烧放热率峰值均降低，废气再循环使正庚烷均质压燃的运转工况范围向大负荷工况扩展，废气再循环率为75％正庚烷均质压燃运转的最高平均指示压力为0．41MPa．排放测试表明，正庚烷在均质压燃模式下的氮氧化物排放接近零，且可以实现无碳烟排放，但碳氢化合物和一氧化碳排放较高．     

Study the ethanol SI/HCCI combustion mode transition by using the fast thermal management system

In this paper the ethanol homogeneous charge compression ignition (HCCI) is achieved in a modified single cylinder engine by means of a self-developed fast thermal management system (FTMS), and the ethanol SI/HCCI operation regions are defined. It can be concluded that the thermal efficiency is higher and the NOx emission is lower in the HCCI operation region. In addition, the maximum NOx emission drops by 98%. The ethanol SI/HCCI combustion mode transition is conducted in different conditions near the SI/HCCI operation boundaries. It is likely to realize the transition by the utilization of FTMS. However, it is impossible to complete the transition within one operating cycle under current operation conditions. There are fluctuations in engine speed and brake mean effective pressure during the transition process. In order to reduce the fluctuations during the transition, the initial work concerning the effects of the spark ignition on the transition smoothness is carried out and the investigation indicates that the engine speed and brake mean effective pressure fluctuations cannot be eradicated only through spark ignition. Therefore, the control strategies combined with other factors should be further optimized.     

一种高效清洁燃烧纯甲醇燃料的新方法探索

在一台点火式电喷汽油机上进行了甲醇裂解燃料高效清洁燃烧的探索研究．研制了甲醇裂解装置和控制单元及其控制策略．发动机用汽油起动后,电控单元判别排气温度当其温度达到320℃以上时,电控单元自动从汽油燃料切换到甲醇裂解燃料下工作．在甲醇燃料模式下,通过ECU的标定,实现了自动运行．试验结果表明：与汽油和M20甲醇汽油相比,甲醇裂解燃料可以有效地提高点火式电喷发动机的效率,显著增高发动机的经济性,而且降低了尾气中有害气体排放．可见燃用甲醇裂解燃料是电喷发动机高效清洁燃烧的新方式．     

Study the ethanol SI/HCCI combustion mode transition by using the fast thermal manasement system

In this paper the ethanol homogeneous charge compression ignition （HCCI） is achieved in a modified single cylinder engine by means of a self-developed fast thermal management system （FTMS）, and the ethanol SI/HCCI operation regions are defined. It can be concluded that the thermal efficiency is higher and the NOx emission is lower in the HCCI operation region. In addition, the maximum NOx emission drops by 98%. The ethanol SI/HCCI combustion mode transition is conducted in different conditions near the SI/HCCI operation boundaries. It is likely to realize the transition by the utilization of FTMS. However, it is impossible to complete the transition within one operating cycle under current operation conditions. There are fluctuations in engine speed and brake mean effective pressure during the transition process. In order to reduce the fluctuations during the transition, the initial work concerning the effects of the spark ignition on the transition smoothness is carried out and the investigation indicates that the engine speed and brake mean effective pressure fluctuations cannot be eradicated only through spark ignition. Therefore, the control strategies combined with other factors should be further optimized.     

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。     

柴油机低温燃烧闭环控制及切换过程

借助于燃烧闭环控制系统,研究了传统燃烧到低温燃烧的切换过程.试验结果表明：基于循环的燃烧闭环控制系统能够跟踪累计放热50%对应的曲轴转角的阶跃输入,并且能很好地抑制转速、负荷、油轨压力和废气再循环（EGR）等系统干扰.在传统燃烧到低温燃烧的切换过程中,通过燃烧闭环控制系统实时地调节喷油提前角,可以使燃烧相位保持在参考值附近,从而保证了切换过程的燃烧稳定性.
关键词： 中图分类号： 文献标志码： A