基于电控喷油定时与EGR率实现柴油机HCCI/常规燃烧双模式的试验研究

针对HCCI燃烧在大负荷时的局限性,开发了基于电控燃油喷射定时和EGR率的车用柴油机双燃烧模式,即在小、中负荷工作时,采用均质压燃预混合燃烧,在大负荷时,采用传统的扩散燃烧模式,克服了均质预混合燃烧模式大负荷性能差的缺点。试验研究了在HCCI区域喷油提前角与EGR率对柴油机性能的影响及二者在HCCI区域的协同作用。分析了HCCI燃烧的缸压和放热率。通过油量MAP与喷油定时MAP的优化和爆震扭矩值确定了双燃烧模式工作下的HCCI扭矩范围及过渡区域扭矩线。试验结果表明:采用电控VP37泵与电控废气再循环系统相结合,通过增大喷油提前角的方式,在一定的负荷范围内实现了准HCCI燃烧,NOx与炭烟排放同时降低;在大负荷范围内采用常规燃烧方式,使CA4D32TC柴油机实现了双燃烧模式工作,具有较好的性能指标。     

柴油HCCI燃烧负荷边界判定依据研究

通过对HCCI燃烧负荷边界燃烧变化规律及判定依据的研究,基于单缸HCCI柴油机实测气缸压力,探讨了HCCI燃烧负荷边界处的燃烧变化规律,着重分析负荷、转速对气缸压力、燃烧放热率、循环变动率和最大压升率的影响,通过对负荷上限和下限敏感的最大压力升高率和循环变动率等参数的变化研究,确定负荷边界判定依据。     

混合气分层对HCCI汽油机极限负荷和燃烧特性的影响

对比研究HCCI汽油机在不同空燃比下采用混合气分层策略时的极限负荷、NOx排放量和燃油经济性,考察了在此策略下过量空气系数λ和EGR率对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,混合气分层压缩燃烧模式能有效降低HCCI燃烧的压力升高率,具有拓展负荷范围的潜力,但同时也使NOx排放增加;适当的过量空气系数能在一定程度上改善HCCI发动机的燃烧特性,采用9%的EGR率时发动机油耗率最低,具有明显节油效果。     

直喷增压汽油机喷油器匹配及控制策略研究

针对一款国Ⅵ排放直喷增压汽油机电控系统的匹配,进行了不同喷油器的选型测试,对比研究了不同喷油器喷雾特征和燃烧室形状对发动机排放及油耗的影响。在此基础上,对比研究了喷油时刻、喷油比例以及喷油压力等参数对碳烟排放的影响。结果表明:A型喷油器与平顶活塞的匹配组合最佳;不仅碳烟排放低,而且燃烧速率快,燃烧稳定性好;当采用多次喷油模式时,随着第一次喷油时刻的推迟,碳烟排放有减低趋势。但随着第二次和第三次喷油时刻的推迟,碳烟排放反而呈增大趋势;而当增加第三次喷油比例时,碳烟排放会明显增加;部分负荷工况,采用更高的喷油压力对碳烟排放并无明显改善。而在外特性工况,采用更高的喷油压力时,碳烟排放改善效果明显,同时THC也有一定程度降低。     

拓宽HCCI发动机运行区域的方法探讨

均质充量压缩燃烧(HCCI)技术由于其较高的燃油经济性和极低的NOx及PM排放越来越受到重视,但是由于HCCI模式发动机运行区域狭小,限制了其在实际中的应用。对限制HCCI发动机运行区域的因素进行了分析,并研究讨论了拓宽HCCI模式运行区域的方法,包括使用进气增压、提高压缩比、使用混合燃料和废气再循环(EGR)等,能在一定程度上拓宽HCCI发动机在高负荷或低负荷时的运行区域,使HCCI燃烧技术能在发动机高负荷和低负荷的工况下适用。     

内部EGR对HCCI燃烧及自由离子生成影响的数值研究

首先运用GT-Power和Chemkin软件建立HCCI发动机仿真试验平台,模拟了HCCI单缸试验样机的工作过程,计算出不同气门负重叠角时的内部EGR率.接着研究了不同的内部EGR率对自由离子生成和HCCI燃烧过程诸参数的影响,包括对最高燃烧温度、最大爆发压力、燃烧始点、燃烧持续期和CHO+与H3O+的摩尔分数的影响.最后探讨了仿真模型中引入Warnatz离子生成机理进行离子电流信号产生机理模拟研究的可行性.     

单缸直喷柴油机涡流室燃烧系统外部增压的实验研究

为满足非道路用柴油机的排放法规,从改善柴油机缸内混合气形成质量出发,提出了直喷式柴油机涡流室燃烧系统;设计了柴油机外部增压系统,进行了新型燃烧系统在外部增压下性能的实验研究。结果表明,外部增压能降低柴油机的油耗和排放;增压压力为0.15MPa时,柴油机油耗率最低。增压压力为0.18MPa时,使用4×0.36×140°喷油嘴在供油提前角为8°CA、90%负荷下,NOx排放量仅为常压下的25%。     

基于2阶段喷射的缸内直喷汽油机HCCI燃烧的研究

在缸内直喷汽油机（GDI）上采用2阶段燃油喷射技术来控制缸内混合气形成和燃烧，在GDI发动机上实现了均质混合气压燃（HCCI）燃烧方式，研究了缸内2阶段汽油喷射对HCCI燃烧特性的影响。结果表明，压缩行程中的第2次喷油时间可以有效地控制燃烧始点，二次喷油持续期可以控制燃烧速率、燃烧相位和拓宽发动机负荷。     

乙醇HCCI发动机工作区域的模拟研究

应用0-D单区HCCI发动机模型耦合乙醇氧化反应详细化学动力学机理,对乙醇HCCI发动机的工作区域进行了模拟研究。确定了由过量空气系数(φa)和EGR率表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的排放性能、动力性能以及指示热效率。研究结果表明,在无EGR的工况下,从a=3.2到φa=8.5乙醇可以实现HCCI燃烧,φa<3.2时,出现爆震,必须加入EGR才能抑制爆震燃烧,最大的EGR率达到52%。在HCCI工作区域内,NOx排放较低,最大排放为140×10-6,CO排放较高,φa和EGR率对其影响很大。工作区域内的热效率较高,最大可达到34%,指示平均有效压力受EGR的影响较大,最大峰值达0.5 MPa。     

新的发动机燃烧方式--均质充量压燃燃烧(HCCI)

在往复式发动机中，除了火花点燃式燃烧和柴油压燃燃烧的运转方式外还有第3种运转方式，即均质充量压燃燃烧（HCCI）．HCCI模式发动机的运转情况被认为是高效和稳定的。在部分负荷工况下可以大幅度降低NOx的排放．把HCCI燃烧应用到发动机方面尽管仍有一些困难．但HCCI燃烧方式表明在发动机应用的巨大替力，本文将阐述HCCI与传统发动机燃烧方式的不同及其未来的展望。     

Effect of direct in-cylinder CO2 injection on HCCI combustion and emission characteristics

Fuel injection during negative valve overlap period was used to realize diesel homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion. In order to control the combustion, CO₂ in-cylinder injection was used to simulate external EGR. Effects of CO₂ injection parameters (injection timing, quantity, pressure) on HCCI combustion and emission characteristics were investigated. Experimental results revealed that CO₂ in-cylinder injection can control the start of combustion and effectively reduce NO_x emission. Either advancing CO₂ injection timing or increasing CO₂ injection quantity can reduce peak cylinder pressure and mean gas temperature, delay the starts of low temperature reaction (LTR) and high temperature reaction (HTR), and lower pressure rise rate; NO_x emission was reduced, while smoke, HC, and CO emissions increased. Since the combustion phase was improved, the indicated thermal efficiency was also improved. Injection pressure determines the amount of disturbance introduced into the cylinder. Generally, with the same injection quantity, higher injection pressure results in higher momentum flux and total momentum. Larger momentum flux and momentum has a stronger disturbance to air-fuel mixture, resulting in a more homogeneous mixture; therefore, larger injection pressure leads to lower NO_x and smoke emissions.     

气门正时对增压式汽油HCCI发动机NOx和CO排放影响的初步研究

HCCI燃烧是一种新的发动机燃烧技术。文章研究了在不同的进气门和排气门最大开启点下,NOx和CO排放随气门正时变化的影响。结果表明,当排气门正时提前很多且增压压力和过量空气系数在增大时,NOx排放最低,而CO的排放最高。阐述了有效降低NOx和CO排放的方法。     

进气门晚关机构对高增压柴油机排放与热效率的影响

以某重型柴油机为研究对象,在低速中等负荷工况,通过对比进气门晚关机构开闭两种状态对两级增压系统匹配关系的影响,分析其对柴油机排放和热效率的影响。研究表明,喷油定时(上止点后-2.5°~8.5°)和EGR率(0%~21%)恒定时,使用进气门晚关(IVCA)机构后HC排放降低,有效热效率下降。当喷油定时不变,BNOxdif与BCOdif随着EGR率的增加而减少;当EGR率保持恒定时,随着喷油定时增加,BCOdif呈现先增加后减小的趋势,拐点在4.5°~6.5°(ATDC)之间;同时,开启IVCA机构后,EGR率在15.29%~21.16%,喷油定时在-2.5°~8.5°(ATDC)范围内,Bsootdif均小于0。在保证喷油定时恒定时,EGR率越大,Bsootdif越小。当量比在0.42~0.52范围内,保持喷油策略不变,使用IVCA机构致使进气流量减少,若当量比在原状态的基础上增加超过0.07,即可克服由于流量减少导致柴油机缸内平均温度和燃烧持续期增加对NOx生成的负面影响。     

柴油HCCI燃烧特点及其影响因素分析

对HCC I燃烧方式的有关基本概念和特点进行了介绍,分析了柴油HCC I燃烧的特点以及影响柴油HCC I燃烧的一些重要因素,如,EGR、进气温度、压缩比(ε)、喷油时刻、燃空当量比和喷油压力等对柴油HCC I燃烧和排放的影响。     

醇醚燃料发动机非常规污染物排放特性研究

在1台经过改装的单缸柴油机上,采用气相色谱和FT-IR红外光谱检测技术,开展了进气道喷射DME和甲醇双燃料HCCI燃烧方式,以及进气道喷射DME、缸内直喷甲醇双燃料复合燃烧方式下,非常规污染物排放特性的试验研究。结果表明,在不同的燃烧方式下均检测到甲醛、乙醛、甲酸、甲酸甲酯等非常规排放物,且甲醛是非常规排放物中的主要成分。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,在同一负荷下随着甲醇喷射量的增加,甲醛、乙醛、甲酸甲酯的排放都有所增加;在同一甲醇浓度下随着发动机负荷的增加,甲醛的排放增加,乙醛的排放减少,甲酸甲酯的排放先减少后增加。复合式燃烧方式下,甲醛的排放随着有效功率的增大呈先降低后升高的趋势;甲酸甲酯和甲酸的排放均随着有效功率的增加而减少,随着DME喷射比例的增加而增加。DME—甲醇HCCI燃烧方式下,甲醇排放量增加十分明显。     

柴油微引燃乙醇发动机燃烧、性能及排放特性研究

柴油微引燃乙醇发动机采用进气道喷射乙醇、缸内直喷微量柴油引燃的方式进行燃料供给。基于单缸四冲程柴油机,对其燃烧、性能及排放特性进行研究,固定引燃柴油喷射量为发动机能实现压燃着火的最小值,在进气压力为0.15 MPa时比较不同乙醇喷射量的工况组,通过改变柴油喷射时刻进行工况扫描。结果表明,引燃柴油的喷射时刻对发动机的燃烧、性能和排放影响显著。柴油微引燃乙醇发动机在中高负荷能够稳定运行,指示热效率可达34%以上,通过适当调节柴油喷射时刻,可以有效控制未燃碳氢(UHC)、NO_x与CO排放,同时可以实现极低的炭烟排放。柴油微引燃乙醇发动机燃烧模式为预混合或部分预混合燃烧,燃烧有两阶段放热特征,改变引燃柴油喷射时刻,可以有效控制燃烧相位。     

内部EGR率计算方法的C语言实现

介绍了实现HCCI燃烧的不同内部EGR策略,分析了排气门晚关策略和负气门重叠策略下EGR率计算方法,编写了两种策略下EGR率的C语言计算程序,并对两种策略下的不同工况进行了计算。计算结果显示:随着负荷的增大EGR率逐渐降低;在较为宽广的负荷范围内,排气门晚关策略下的计算程序误差限小于4%;负气门重叠策略下的EGR率计算程序简洁实用。