高压缩比米勒循环汽油机部分负荷热效率优化研究

摘要

汽油机作为使用最为广泛的的动力机械，如何提高其燃油经济性一直是工业界关注的课题。为削弱泵气损失大、压缩比和工质比热比低等问题对汽油机经济性，尤其是部分负荷热效率的制约作用，本文基于配备进气道喷射(Port Fuel Injection,PFI)和缸内直喷(Direct Injection,DI)双喷系统的高压缩比米勒循环汽油机，系统探究了进气门早关策略对汽油机热效率的影响规律。针对高压缩比米勒循环小负荷失稳和中高负荷爆震加剧问题，分别利用分层火焰引燃(Stratified Flame Ignition,SFI)混合燃烧技术和进气道喷水结合缸内汽油直喷的复合喷射策略实现对燃烧过程的优化控制，提升燃烧稳定性和经济性。 首先，系统研究了进气门早关策略下米勒循环度、有效膨胀比和点火角等参数对换气过程、燃烧过程、稳定性的影响规律。研究表明，通过调节米勒循环度和有效膨胀比可实现发动机“虚拟小型化”，有效调控歧管压力和泵气损失。通过综合优化米勒循环度、有效膨胀比和点火时刻，相较于原机在2000r/min，IMEP3.6bar、6bar和8bar指示热效率分别提升了15.7%，10.3%和10.9%。 其后，针对米勒循环小负荷燃烧失稳问题，系统探究了SFI燃烧模式下直喷比例、直喷正时及火花点火对放热率形态和燃烧稳定性的调控规律。结果表明，在2000r/min,IMEP3.6bar工况，相较于均质混合气燃烧，SFI燃烧可以强化前期火焰传播，提高燃烧稳定性，COV（IMEP）降幅达68%，而后期自燃的参与使得放热过程更为集中迅速，燃烧等容度和指示热效率分别提升了11.2%和3.8%。 最后，针对高压缩比带来的中高负荷爆震加剧问题，探究了进气道喷水结合缸内燃油直喷的复合喷射策略对燃烧过程和最大压升率的调控作用。研究结果表明，1600r/min,IMEP6.0bar工况试验结果表明，进气道喷水结合缸内汽油直喷的策略能在保持较低的压升率和循环波动的前提下，将指示热效率由纯DI模式下的37.4%提升至38.8%。 综上所述，米勒循环能有效降低汽油机部分负荷泵气损失，但小负荷燃烧稳定性下降及中高负荷爆震问题限制了其经济性提升和工程化应用。对此，本研究分别采用SFI燃烧模式和气道喷水策略实现对高压缩比米勒循环燃烧过程的优化控制，改善燃烧稳定性和经济性。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 米勒循环研究概况

1.2.1米勒循环介绍

1.2.2 米勒循环在汽油机上的应用研究

1.3 分层火焰引燃混合燃烧技术

1.4 本课题的研究意义和内容

第二章 高压缩比米勒循环汽油机试验平台

2.1 米勒循环多缸汽油机实验台架

2.2 基于MicroAutoBox和RapidPro的发动机控制系统

2.3 基于Labview平台的数据采集及实时燃烧分析系统

2.4 关键参数定义及计算方法

2.5 本章小结

第三章 米勒循环对汽油机部分负荷指示热效率的影响

3.1 米勒循环对发动机指示热效率的提升效果

3.2 米勒循环对换气和燃烧过程的调控作用

3.2.1 米勒循环对泵气损失的优化控制

3.2.2 米勒循环对燃烧特征的调控规律

3.3 米勒循环对小负荷燃烧稳定性的恶化作用

3.4 本章小结

第四章 复合喷射策略对米勒循环燃烧过程的调控规律

4.1 SFI燃烧对米勒循环小负荷稳定性的改善作用

4.1.1 燃油分层对燃烧过程的优化控制

4.1.2 燃油分层强化燃烧稳定性效果评价

4.1.3 燃油分层对指示热效率的提升效果

4.2 进气道喷水结合汽油直喷策略对中高负荷压升率的控制作用

4.2.1 气道喷水对燃烧过程的优化调控

4.2.2 气道喷水对燃烧稳定性的影响

4.2.3 气道喷水对指示热效率的提升效果

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢