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％．     

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.     

爆震传感器信号与HCCI发动机燃烧参数的相关性

为了实现HCCI汽油机闭环反馈控制,提出了一种利用爆震传感器信号提取燃烧参数的思路．在装有全可变气门系统的汽油HCCI发动机上,测取了大量HCCI工况下爆震传感器信号;应用快速傅里叶变换,用时频分析的方法,从时域和频域提取表征爆震信号强度及相位的特征量,并对它们和HCCI燃烧参数之间的相关性做了量化比对．分析表明,爆震传感器信号相位特征值与HCCI发动机燃烧相位参数之间有着很强的相关性,爆震信号起始相位与CA10的相关系数在0．9以上HCCI燃烧强度参数与爆震信号的能量参数有着较高的相关性．     

缸内直喷燃料改质控制HCCI着火时瓤和燃烧速率的研究

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．     

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.     

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.     

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。     

发动机催化燃烧多维数值模拟

将发动机三维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKIN Ⅲ及DETCHEM相耦合,模拟了催化燃烧对均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程及排放的影响.发动机以甲烷为燃料,其表面和空间氧化反应采用了详细的动力学机理.利用此模型分析了活塞顶催化剂铂(Pt)或铑(Rh)涂层对HCCI发动机着火时刻、缸内温度场及HC、CO、NOx 排放的影响,结果表明催化燃烧会使HCCI发动机着火时刻提前,同时能降低HC、CO的排放,但会提高NOx 的排放;在相同工况下,相比催化剂Pt,催化剂Rh使HCCI发动机着火时刻提前的幅度要大,同时HC的排放要低,但CO及NOx 的排放要高.     

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.     

变工况条件下HCCI/SI燃烧模式转换的实现

为了满足车用发动机的要求,在HCCI燃烧的运行范围之外,仍需要使用火花点火（SI）燃烧模式.目前HCCI/SI模式转换的方法和策略都是在相同工况下完成的,这增加了控制上的难度并会带来负荷波动.针对此问题,采用全可变气门机构结合外部废气再循环的方法,在变工况条件下,完成HCCI和SI燃烧模式的转化.并将HCCI燃烧模式中废气率调整负荷的方法延伸进SI燃烧控制中.由于在控制策略层面,采用模式过渡的方法,消除了HCCI/SI模式转换的概念,因而简化了控制策略.     

EGR对甲醇HCCI发动机性能和运行范围的影响

为了解决均质压燃（HCCI）发动机运行范围过窄的问题,在一台HCCI发动机上增加了外部废气再循环（EGR）装置,通过改变EGR率、进气温度及混合气浓度等参数,研究了外部EGR在不同工况下对甲醇HCCI发动机性能和运行范围的影响。结果表明：外部EGR可使甲醇HCCI燃烧向更浓的混合气方向拓展,使发动机的最大平均指示压力由无EGR时的0.37MPa增加到0.50MPa,增加了35.14%;平均指示压力的覆盖范围可通过外部EGR得到有效拓宽,在EGR率为12%～15%时达到最大,约有0.22MPa的变动幅度。     

边界参数对HCCI发动机燃烧影响的模拟研究

为了研究边界参数对柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程的影响,应用CHEMKIN化学动力学软件包中的SENKIN程序以及正庚烷(n-heptane)氧化反应简化模型,模拟了不同进气温度、进气压力和当量比等边界参数对HCCI发动机燃烧及排放特性的影响.结果表明,在相同当量比条件下,增压可以拓宽HCCI发动机负荷工况范围,同时保持氮氧化物排放基本不变;过浓或过稀的混合气导致CO排放增加;混合气浓度分层增加NO排放.     

汽油HCCI发动机详细化学反应动力学双区模型

为考察汽油缸内直喷喷油策略对均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的影响,在Chemkin源代码程序的基础上建立了高辛烷值汽油HCCI发动机双区燃烧数学模型。模型考虑了双区之间温度、压力以及体积的耦合,并嵌入反应传热和漏气过程的子模型,能够反映通过形成分层混合气控制HCCI燃烧的详细化学和物理过程。将双区模型和单区模型与试验结果进行对比发现,双区模型精度有了较大提高,消除了单区模型具有的压力尖峰,扩大了燃烧范围。并利用双区模型进行了HCCI发动机变工况研究,详细考察了不同分层混合气对HCCI燃烧的影响。结果表明,浓稀两区顺序放热使得缸内压力升高率降低,能够提高发动机的负荷。通过调整浓稀两区的比例,可以控制HCCI燃烧。     

汽油HCCI发动机详细化学反应动力学双区模型

为考察汽油缸内直喷喷油策略对均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的影响,在Chemkin源代码程序的基础上建立了高辛烷值汽油HCCI发动机双区燃烧数学模型。模型考虑了双区之间温度、压力以及体积的耦合,并嵌入反应传热和漏气过程的子模型,能够反映通过形成分层混合气控制HCCI燃烧的详细化学和物理过程。将双区模型和单区模型与试验结果进行对比发现,双区模型精度有了较大提高,消除了单区模型具有的压力尖峰,扩大了燃烧范围;并利用双区模型进行了HCCI发动机变工况研究,详细考察了不同分层混合气对HCCI燃烧的影响。结果表明:浓稀2区顺序放热使得缸内压力升高率降低,能够提高发动机的负荷。通过调整浓稀2区的比例,可以控制HCCI燃烧。     

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.     

均质压燃(HCCI)发动机数学模拟:进展与挑战

均质压燃(HCCI)发动机由于其突出的优越性已成为世界范围的研究热点,数学模拟在其中发挥着目益重要的作用。因此,对近年来HCCI数学模拟研究的进展做了较全面的评述,着重介绍了化学反应动力学模型的研究方法和最新成果,对HCCI发动机计算机模拟的发展现状按单区模型、多区模型和多维模型分别进行了讨论。前二者在HCCI总体燃烧特性预测与分析方面已取得了显著的成绩;而后者由于计算机资源的限制,目前尚处于发展初期。最后,针对该领域存在的问题和今后重点研究方向提出了建议。     

HCCI汽油机缸内热力学状态的影响因素

缸内热力学状态对汽油机HCCI着火及燃烧过程有着决定性的影响本文在全可变气门机构单缸试验发动机上,系统研究了残余废气率、有效压缩比、空燃比、进气温度、冷却水温、进气流态以及发动机转速等参数对缸内热力学状态的影响规律．研究发现,在较大区域改变内部残余废气率时,HCCI燃烧存在热状态自稳定效应．内部残余废气、冷却水温、进气温度、空燃比、有效压缩比都可以作为控制HCCI燃烧缸内热力学状态的参数．通过对内部残余废气率、有效压缩比以及空燃比的协同管理,可以实现对缸热力学状态的快速管理,进而实现对汽油机HCCI燃烧相位的控制．     

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     

基础燃料均质压燃燃烧特性的数值计算

结合详细化学反应动力学机理,利用CHEMKIN软件计算了基础燃料均质压燃燃烧(HCCI)的过程,并与单缸HCCI燃烧试验作出对比。研究了燃料成分、压缩比、燃空当量比、初始温度、初始压力对HCCI发动机燃烧的影响。计算结果表明:随着燃料辛烷值的增加,着火延迟期增加;压缩比、当量比、初始温度、初始压力的变化对燃烧着火时刻有显著影响,同时不难看出,基础燃料HCCI燃烧运行工况范围是有限制的。     

耦合动力学的微型发动机燃烧特性

为了获得微型均质充量压燃(HCCI)自由活塞发动机着火燃烧特性参数,根据自由活塞发动机的动力学特点,建立了理想状态下的数学模型,提出了单次冲击微型HCCI自由活塞发动机工作过程的模拟方法.在单次活塞冲击情况下,耦合丙烷详细化学动力学反应机理,对微型HCCI自由活塞发动机着火燃烧过程进行了变参数研究,获得了不同混合气初始条件下着火时刻变化特性以及燃烧特性变化规律.计算结果表明:初始温度、初始压力以及燃料当量比对微型HCCI自由活塞发动机着火燃烧过程有重要的影响.