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．     

车用发动机的稀薄燃烧系统分析

叙述了车用发动机实现稀薄燃烧的关键技术,介绍了实现车用发动机稀薄燃烧的缸外喷射稀燃系统、直接喷射稀燃系统和均质混合气压燃系统,分析了各稀燃系统的特点以及存在的问题,提出了车用发动机实现稀薄燃烧是提高发动机经济性和改善排放性能的重要途径.     

湍流射流点火预燃室射流孔对甲醇发动机性能及排放影响的研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室结构和射流孔直径对湍流射流点火(turbulentjetignition,TJI)甲醇发动机性能和燃烧特性的影响研究．试验采用直单孔和斜三孔两种类型预燃室射流孔，根据预燃室是否喷射甲醇，预燃室可分为主动式预燃室和被动式预燃室．结果表明，预燃室射流孔直径过大会使射流强度减弱，进而导致主燃烧室燃烧速率降低，不利于稀薄工况下的稳定燃烧；预燃室射流孔过小则会导致节流损失和淬息作用增强，造成稀薄工况缸内燃烧恶化，且污染物排放增加．稀燃工况下，对于直单孔预燃室，4 mm直单孔预燃室性能表现较好，可产生较强的射流，拓宽发动机稀燃极限、提升燃烧稳定性，同时降低指示油耗率，减少污染物排放．预燃室结构不同时，斜三孔预燃室可产生与活塞表面平行的射流火焰，TJI甲醇发动机获得更好的动力性与燃油经济性，且污染物生成较少；同时，斜三孔预燃室可在主燃烧室产生多股射流，提供分布更加广泛的点火源，促进缸内快速燃烧，有效提升稀燃工况下的燃烧稳定性．不同发动机负荷下，斜三孔预燃室的使用可使发动机获得更好的燃烧和排放性能；TJI甲醇发动机具有较好的经济性和燃烧稳定性，同时，缸内燃烧速率更高，...     

利用三效催化器控制汽油机稀薄燃烧NOx的排放

为降低汽油机稀薄燃烧NOx排放,研究了采用三效催化器的控制策略,分析了三效催化器在略高于当量 空燃比的稀薄燃烧条件下对NOx转化效率急剧下降的原因,从而提出了在较高空燃比的稀薄燃烧条件下利用三效 催化器控制稀薄燃烧NOx排放的策略,并进行了试验研究．在对三效催化器储氧机理分析基础上,进一步提出了一 种在空燃比浓稀变换条件下利用三效催化器控制NOx排放的策略,该策略大大降低稀薄燃烧汽油机的NOx排放; 通过试验对浓稀循环数和浓稀比例进行了优化．结果表明,稀薄燃烧时NOx转化效率可达45％,稳态NOx排放可 降至200×10-6以下．     

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.     

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．     

不同压缩比对湍流射流点火发动机性能和爆震影响的试验研究

本文基于一台四冲程单缸发动机开展了不同压缩比对湍流射流点火(TJI)汽油发动机性能和爆震特性的影响研究,试验所采用的压缩比为9、11、13和15,在每个压缩比工况下对不同过量空气系数λ进行研究．结果表明,高压缩比可以拓展湍流射流点火汽油发动机的稀燃极限,压缩比15工况下,可以实现λ=3稳定燃烧．增大压缩比并配合预燃室喷油可缩短发动机燃烧的滞燃期和燃烧持续期,进而提高射流点火发动机燃烧效率．1.4<λ<1.9时,随着过量空气系数增加,主燃烧室内混合气变稀,滞燃期和燃烧持续期在低压缩比工况(CR=9、11、13)呈上升趋势,此时主燃烧室混合气浓度对燃烧过程的影响占主导作用;但是随着压缩比逐渐升高至15,滞燃期和燃烧持续期的上升趋势不再明显;而当λ>1.9时,主燃烧室混合气过于稀薄,此时预燃室射流火焰对主燃室燃烧的影响增强．试验还发现,射流点火发动机和普通火花塞点火发动机在压力振荡方面存在较大差异,射流点火发动机的压力振荡从燃烧初期阶段开始一直持续到燃烧结束,这主要是由于高温射流对主燃室多点点火造成的压力振荡．在高压缩比和较浓混合气工况下,射流点火发动机可能还会发生早燃,因...     

不同压缩比下稀释方式对直喷汽油机节油影响

基于一台1.0 L涡轮增压发动机,在9.6及12的压缩比下,研究了化学当量比、稀薄燃烧(稀燃)及低压废气再循环(EGR)工况下的燃烧与油耗特性.结果表明:EGR在压缩比12、大负荷工况下,节油效果优于稀燃,其余工况下稀燃的节油效果均更好.通过改变压缩比并结合稀燃或EGR,小、中、大负荷下燃油消耗率(BSFC)相比于压缩比9.6化学当量比工况降低最多为7.5%、10.4%和9.3%.结合一维仿真,分析并对比了大负荷下稀燃与EGR的节油原因及其差异.结果表明:在压缩比12、大负荷、过量空气系数(λ)小于1.4的情况下稀燃不能抑制爆震,节油效果不明显;相同工况下EGR可以有效抑制爆震,降低燃油消耗率达5.5%;大负荷下稀燃和EGR的节油来源主要为传热损失和排气损失减少,二者对节油的贡献程度之和大于90%.     

控制稀燃汽油机NOx排放实验

对一台 1. 342L稀燃汽油机的NOx排放进行研究.机内净化和排气后处理并行,一方面采用稀燃、快燃(滚流)和推迟点火的可控燃烧新方案来降低NOx的机内排放;另一方面采用原位合成的分子筛稀燃催化器Cu ZSM5对NOx排放进行后处理.在稀燃发动机典型工况下,燃油经济性较原机改善 14. 800时,NOx的排放最低可以达到 133×10-6.排气温度处于 220~450℃之间时,NOx的排放均处于 250×10-6以下.     

氢气天然气发动机研发——清华大学“863”重大项目课题

天然气燃烧速度较慢,在天然气中加入适量氢气（Hydrogen enriched Compressed Natural GAS,HCNG）可提高HCNG混合气的燃烧速度,扩大混合气的稀燃极限,提高HCNG发动机热效率（降低燃油消耗率）,     

汽油机尾气后处理系统的优化设计

为应对越来越严厉的排放法规,现代社会对汽油机车辆尾气处理提出了更高的要求。现在常用的汽油机尾气后处理系统三元催化转化器（3WCC）能高效净化汽车尾气排放,由于其起燃温度较高,导致发动机启动后20 min内排放极为恶劣。为解决这一问题,对某汽油机三元催化转化器进行优化设计,以加热冷启动时汽油机排出尾气为主要手段,对废气进行温度补偿,使之始终保持在催化系统高效催化的温度区间内,可大大减少汽油发动机污染物尾气排放。     

汽油机分层废气再循环与稀薄混合气燃烧

为探索汽油机清洁燃烧技术途径 ,设计了 5气门汽油机馅饼状分层充气系统 ,试验对比了在分层充气前提下的稀燃和废气再循环对发动机排放特性的影响 ,并研究了两者叠加后对发动机性能的影响。试验结果表明 ,采用分层充气方式能够使废气再循环率达到 3 2 % ;在相同进气充量时 ,废气再循环与稀燃对改善 NOx 排放的效果基本相同 ;稀燃与废气再循环相结合可以获得比单纯稀燃或单纯废气再循环更好的综合性能 ,使 NOx 和 CO排放均降低到化学计量比无废气再循环情况下的排放指标的 10 %以下。稀燃与分层充气废气再循环相结合 ,简便可行 ,为研发低污染发动机提供了新思路     

电喷汽油机冷起动及冷态怠速的排放控制

为了改善电喷汽油机冷起动及冷态怠速运转（即暖车过程）性能,自行研制了基于高能双火花塞点火的快速燃烧系统．实验结果表明,基于高能双火花塞点火的快速燃烧技术有助于汽油机冷起动工况的快速点燃、同时,由于对称布置的双火花塞缩短了火焰传播距离,提高了着火的机会,加快汽油机可燃混合气的燃烧放热效率、在保证稳定燃烧的前提下,可以在暖车过程中实现较大的点火延迟,迅速提高排气温度,缩短三元催化剂的HC起燃时间,实现改善电喷汽油机冷起动及冷态怠速过程排放特性的目的。     

用吸附还原与三元催化器组合降低富氧汽油机NOx的排放

采用稀燃技术虽可大幅改善汽油机的燃油经济性和排放性，却因稀燃的富氧燃烧使NOx降低较少．为此，采用吸附还原催化转化器与三元催化转化器的不同组合方案，对一台电控燃油喷射16气门稀燃汽油机进行了降低富氧条件下NOx排放的试验研究．试验结果表明：三元催化转化器位于吸附还原催化转化器之前的布置方案具有最好的降低稀燃汽油机NOx排放的效果．在该试验条件下，NOx催化转化率最高可达到97．3％。     

小型二冲程汽油机排气动力过程的计算机模拟

根据非定常气体流动理论,建立了二冲程汽油机排气动力过程的数学模型,并用特征线法对其进行了模拟计算,压力波的数值解析结果与实测结果比较吻合,表明所用模型和计算方法正确,可用于指导设计二冲程汽油机的排气动力效应系统.     

内燃机的排气能量流特性

为高效回收利用内燃机排气能量,实现内燃机节能减排,采用试验和模拟仿真相结合的方法对1台乘用车汽油机的排气能量流特性进行研究.首先根据实验数据建立并标定计算模型,通过全工况模拟计算提取排气数据并进行分析,得出排气能量流随工况的变化关系.在此基础上将排气能量分解为余压能、余动能和余热能并得出其能量密度的三维分布图,结合排气压力波、速度和温度研究得出这3种形式能量的脉动特性.研究结果表明:高速高负荷时排气能量有更强的回收潜力;排气能量的主要表现形式是余热能,其次是余压能,余动能通常可以忽略;余压能和余动能的脉动性较大,余热能脉动性较小.研究结果为排气能量回收方式的选择提供了理论依据.     

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。