低压直喷发动机稀释燃烧优化及爆震控制研究

摘要

当今世界，能源的发展和环境保护是全人类共同关心的焦点，也是我国社会经济发展的重要问题，内燃机的主要发展方向是改进燃烧过程，提高机械效率，减少热损失，降低燃料消耗率，减轻对环境的污染。喷雾引导的缸内直喷技术是提高发动机热效率，降低排放，降低燃油消耗的有效手段。低压空气辅助直喷发动机相比于高压直喷发动机具有更好的雾化效果稳定性，且降低了成本，更具有市场应用价值，研究表明，低压缸内直喷发动机采用稀释混合气燃烧，可以使用较高压缩比，使热效率提高，在部分负荷时，可以通过加大节气门开度减小节流损失，能够改善燃油经济性，稀释燃烧技术可有效的降低最高燃烧温度，从而抑制爆震的发生。
　　 本文围绕这几个关键的问题对低压直喷发动机进行了稀释燃烧优化，并对爆震控制进行了研究。具体研究内容如下：⑴研制了发动机综合数据采集系统，整合了台架试验所用的设备，通过设备的数据通讯接口将各设备数据同步上传到数据采集系统，搭建了一个完整的发动机台架，建立了良好的试验平台。⑵研制基于CCP协议的发动机标定系统，采用CAN网络与被标定的控制单元进行通信，实现对控制单元参数的调节以及对数据的上传和下载。⑶研制了发动机燃烧分析系统及爆震采集模块。燃烧分析系统可以实时监测气缸压力曲线及基于示功图进行燃烧分析，可得到燃烧放热率、压力升高率、累积放热率、IMEP、循环变动等燃烧参数；提出了一种时域信号积分和频域信号积分相结合的快速爆震检测算法，可以对发动机进行实时的爆震监测。⑷利用发动机标定系统和燃烧分析系统，监测发动机的燃烧过程，通过优化点火提前角、空燃比、EGR率等参数，研究稀释燃烧参数的变化的规律。研究结果表明EGR率在5％－20％之间燃烧循环变动较小，可有效降低燃油消耗率8％－21％。⑸利用发动机标定系统和燃烧分析系统爆震采集模块，通过点火提前角、EGR率、空燃比等参数的调整，研究爆震的控制方法。研究结果表明当量空燃比下EGR率每增加5％，爆震极限点火提前角平均可提前2°CA。