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．

DME/LPG燃料比例实时优化的HCCI燃烧控制新方法

根据燃料设计的思想,提出了混合燃料比例实时优化的HCCI燃烧控制新方法。在一台2135柴油机上,通过燃料成分设计(DME/LPG混合燃料)、混合气成分设计(进气添加二氧化碳)、发动机参数调整(改变压缩比)等多种模式对二甲醚HCCI燃烧进行了研究和比较。试验结果表明,在不同工况下实时进行DME/ LPG比例优化,通过改变燃料的理化特性和可燃混合气的成分,实现了HCCI着火与燃烧的有效控制,能够显著拓展二甲醚HCCI燃烧的运行负荷范围,并且各个工况下热效率最高、HC和CO排放最低。

汽油机HCCI燃烧过渡过程控制策略

利用可变气门机构使部分残余废气留在缸内,是实现汽油机HCCI燃烧的切实可行的方法,然而多气门参数的调节又给燃烧控制增加了难度。本文通过试验,研究了全可变气门机构中4个控制变量对汽油机HCCI燃烧过程的影响,并对过渡过程中发动机负荷相对于各控制变量的动态响应时间进行了比较。研究发现,实现HCCI燃烧过渡过程的快速响应,应当采用适当的控制参数的耦合策略。试验结果表明,进、排气门相位的对称性原则和气门升程的同步性原则可以简化耦合策略,并改善IMEP的过渡响应。这一结果为4VVAS-HCCI汽油发动机过渡过程控制策略的研究提供了参考。

基于振动信号及瞬时转速信号的HCCI燃烧模式辨识

HCCI汽油发动机一般采用组合燃烧控制策略,根据发动机工况不同,HCCI汽油机分别采用SI燃烧模式、SI-HCCI燃烧模式和HCCI燃烧模式.在这种控制方式下,燃烧模式的辨识具有非常重要的作用与意义.笔者在装有全可变气门系统的汽油HCCI发动机上,测取HCCI发动机各工况下爆震传感器信号和瞬时转速信号,用时频分析方法从爆震传感器信号和瞬时转速信号中提取了特征量,分析了它们和HCCI汽油机燃烧模式之间的关系.通过辨识函数分析,基于爆震传感器信号特征量和瞬时转速信号特征量,建立了的HCCI燃烧模式辨识模型.分析表明,HCCI燃烧模式辨识模型能够较好地辨识出HCCI的燃烧模式,总体辨识成功率在75%左右.

混合气初始状态对微型燃烧室内HCCI燃烧的影响

基于微型燃烧室内自由活塞单次压缩实现均质充量压燃(homogeneous charge compress ignition,HCCI)燃烧的可视化试验,结合甲烷的详细化学反应动力学机理及动网格技术,建立了三维动网格模型,将自由活塞运动与燃烧过程相耦合,对不同初始状态下微型燃烧室内HCCI燃烧特性进行了数值模拟,得到了不同初始温度、初始压力、当量比及混合气泄漏下的燃烧特性及动力特性的变化规律。研究结果表明:初始温度、初始压力及当量比对微型燃烧室内HCCI燃烧影响较大,随着初始温度的升高,微型燃烧室内HCCI压缩着火范围扩大,但随着初始压力的增大,压缩比降低,压缩着火范围减小,当量比的变化显著影响微型燃烧室内HCCI压缩燃烧的最高温度和最高压力,混合气泄漏主要影响膨胀过程,对动力性能影响非常显著。

基于振动信号和瞬时转速信号的HCCI燃烧相位CA10辨识

为了实现基于循环的HCCI燃烧闭环控制,提出了一种基于爆震传感器信号和瞬时转速信号的CA10(缸内燃料燃烧10%累积放热量时的曲轴转角θ10)辨识模型.在装有全可变气门系统的汽油HCCI发动机上,测取HCCI发动机各工况下爆震传感器信号和瞬时转速信号,用时频分析方法从爆震传感器信号及瞬时转速中提取表征振动信号相位信息的特征量和瞬时转速信号特征量,分析了它们和HCCI燃烧相位θ10之间关系,提出了一种计算简单,以爆震传感器和瞬时转速信号特征量为因变量的CA10辨识模型.分析表明,CA10辨识模型能比较准确地识别HCCI燃烧相位的θ10值,对于HCCI动态过程燃烧相位θ10的预测平均误差小于1.7,°CA.

柴油机HCCI燃烧的均质混合气制备

介绍了均质充量压缩着火 (HCCI)燃烧的概念、优缺点及其良好的发展前途与当前面临的困难。分析了HCCI混合气制备的重要性 ,总结了柴油机HCCI混合气制备的典型方法和成功经验 ,并分析了混合气制备对HCCI燃烧排放、着火相位的控制以及功率输出的影响 。

甲醇燃料对实现HCCI燃烧小负荷工况的实验研究

近年来国内外对内燃机燃料的研究日趋深入,含氧燃料成为重要的研究课题。甲醇燃料相对于乙醇和汽油燃料表现出了较好的自燃性能,并且甲醇有较高的耐废气能力,这些对HCCI小负荷燃烧的燃油经济性非常有利。通过实验对比甲醇和汽油燃料在废气管理过程中的出现的问题,研究甲醇对小负荷HCCI燃烧拓展的影响。研究发现甲醇燃料对HCCI小负荷着火燃烧有很大的好处,而且甲醇燃料的使用燃烧效率得到提高以后,可以大幅降低HC和CO的排放,但是对于HCCI燃烧运行的负荷边界而言,更容易引起发动机粗暴燃烧。

废气再循环和进气加热实现汽油机HCCI燃烧的性能对比

废气再循环和进气加热是实现汽油机HCCI燃烧的两种不同方式,其对HCCI燃烧性能的影响也不同,为此,在同一台汽油机上分别采用废气再循环和进气加热实现HCCI燃烧,并分析了其在HCCI燃烧性能上存在差异的机理.试验结果表明,相对于进气加热,废气再循环的工质比热容高,但由于稀释比较小,使得其工质总热容反而低,从而缸内燃烧温度高.废气再循环HCCI燃烧的未燃HC排放比进气加热的排放值低41%～59%;NOx排放是后者的2～20倍;而CO排放与负荷有关;其燃烧效率比进气加热HCCI的值高0.8%～14%.然而,由于进气加热的PMEP低,缸内工质比热比大,传热损失小,最终使得进气加热HCCI燃烧的ISFC比废气再循环HCCI燃烧的值低6.6%～16.4%.

分段韦伯函数拟合HCCI燃烧放热规律的研究

研究HCCI燃烧放热规律有助于对HCCI燃烧的控制研究,韦伯函数是拟合燃烧放热率中应用最多的函数,但是由于HCCI燃烧的复杂性以及韦伯函数的局限性,拟合效果不是特别好。本文分析了韦伯函数在HCCI燃烧放热率研究中的运用及其存在的问题,首次提出了分段韦伯函数,并拟合了HC-CI实际燃烧放热率曲线,结果表明,分段韦伯函数可以反映HCCI燃烧的阶段性,获得更好的拟合效果,适用性更佳。

汽油机HCCI燃烧技术存在的问题与对策

为了实现发动机的清洁、高效燃烧,国内外各研究机构都将均质充量压缩燃烧技术(HCCI)作为发动机研究的重点。文章介绍了汽油均质充量压缩燃烧方式的研究现状及特点,分析了汽油HCCI技术存在的问题,并提出了解决这些问题的对策,最后得出结论,认为这种燃烧方式具有较高的热效率、低NOx和PM排放。

进气门参数实现怠速HCCI燃烧试验分析

利用内部残余废气实现汽油HCCI燃烧的方法中,在怠速工况下由于高残余废气率和低的废气温度,导致难以实现稳定的HCCI燃烧.在1台带有连续可变气门机构的汽油单缸发动机上,通过对进气门参数的调整,调节了进气前回流的程度,改善了气缸内温度和残余废气的分布,实现了稳定的怠速HCCI燃烧.结果表明:与传统SI燃烧相比,循环变动明显减少,NOx排放显著降低,CO基本与SI水平持平,HC排放明显增加.

HCCI燃烧离子电流特性试验研究

在一台单缸试验机上通过改变进气温度、燃空当量比和压缩比等燃烧边界条件,对离子电流信号的波形变化进行了研究。结果表明,离子电流信号受到上述条件的强烈影响,其根本原因在于缸内峰值温度对自由离子浓度变化的作用。温度升高,燃烧较好时,自由离子浓度增加,离子电流信号增强,相位提前;温度降低,燃烧变弱时,自由离子生成受到抑制,信号减弱,且相对燃烧的相位滞后趋于增加。

分段韦伯函数模拟EGR对HCCI燃烧影响的研究

EGR作为控制HCCI燃烧的手段之一,影响着燃烧始点和放热规律。本文考虑EGR因素建立HCCI燃烧的化学模型和计算模型,研究不同EGR率对HCCI燃烧始点的影响;并结合分段韦伯函数,对不同EGR率的HCCI放热率进行模拟研究。

DME简化反应模型及其在HCCI燃烧分析中的应用研究

提出了一个可应用于HCCI发动机工作过程研究的DME化学反应动力学简化模型,该模型由28种组分、38个基元反应组成,包括3个子模型,即低温反应和负温度系数区子模型、高温裂解和高温氧化子模型以及甲酸生成过程子模型。通过算例对比分析,该DME简化模型能正确揭示DME燃烧过程主要生成物组分的变化规律,能准确计算DME燃烧过程低温和高温阶段的放热特征时刻,其计算结果与详细机理计算结果吻合。相对于详细机理,简化模型节省了计算时间,为实现化学反应动力学与CFD多维模型耦合的燃烧计算提供了一个可行而有效的途径。

异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的试验研究和分析(英文)

在一台改制的发动机上进行了异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的研究。发动机性能用缸内压力评估,研究用的参数包括放热率、平均指示压力和热效率。试验结果表明,乙醇着火时刻早于异辛烷;在乙醇中加入异辛烷可以推迟着火,并导致平均指示压力和热效率的降低;对某种特定燃料,HCCI燃烧的发生主要取决于进气充量温度,初始充量温度的增加将导致HCCI燃烧提前;充量温度低或发动机转速低时,混合气形成质量差,对HCCI燃烧有不良影响;指示热效率为30%~43%,其值高于火花点火发动机;预燃室的存在有利于稳定的HCCI燃烧;超稀充量运行可以显著降低NOx排放。

内外部EGR对柴油HCCI燃烧控制的仿真研究

基于分段韦伯函数燃烧放热率模型,通过耦合一维流体动力学软件GT-Power与化学动力学软件Chemkin,建立了均质混合气压燃烧技术(HCCI)柴油发动机仿真试验平台,准确模拟了HCCI单缸试验样机的工作过程,研究了内外部废气再循环(EGR)对柴油HCCI燃烧控制的影响.仿真结果表明:内外部EGR对HCCI燃烧具有不同的控制作用,考虑内外部EGR的综合因素效应。

变配气正时对HCCI燃烧的影响研究

试验研究了变进排气正时对缸内早喷柴油均质充量压燃燃烧(HCCI)的影响。柴油在排气上止点附近喷入缸内,研究改变进排气门负重叠期对HCCI燃烧放热率、排放及综合性能的影响。试验研究结果表明,增大气门负重叠期,有利于早喷燃油的快速蒸发和均质混合气的形成,有利于减少柴油湿壁,但是容易使燃烧相位提前,易于产生爆振。增加气门负重叠期,HCCI燃烧的运行范围向低工况扩展,但是中高负荷受到限制。在HCCI燃烧可运行范围内,有害排放产物和指示油耗均下降。

正庚烷HCCI燃烧影响因素计算分析

为了研究不同参数变化对正庚烷HCCI燃烧的影响,选择初始初始压强和压缩比两个参数,结合简化的正庚烷化学反应机理进行正庚烷HCCI燃烧仿真计算。分析结果表明:压缩比、压强等参数的变化对HCCI燃烧影响明显。压缩比越高,反应速率提高,着火时刻提前,缸压峰值、缸温峰值均明显增大;初始压强越高,缸温峰值和缸压峰值以及HRR均不同程度的增大,反应速率提高,整体燃烧持续期缩短。

进气温度对汽油/正庚烷HCCI燃烧与排放特性的影响

采用双燃料喷射系统在进气道分别喷入汽油和正庚烷,结合优化动力技术手段,实现了四缸汽油机的均质混合气压燃(HCCI)燃烧,研究不同进气温度对发动机燃烧特性与排放特性的影响。试验结果表明:在其他边界条件一定时,随着进气温度的升高,燃烧相位提前,燃烧持续期缩短;缸内最大爆发增大,最大放热率提高,压力升高率提高,其最大值到达的时间提前;HC、CO排放呈现降低的趋势;IMEP整体呈现先升高后降低的趋势,但是之间出现两个峰值。