拓展汽油HCCI燃烧运行范围的试验研究

摘要

均质压燃可控着火(Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI)汽油机因可以同时改善燃油经济性和降低氮氧化合物的排放水平因而受到了内燃机研究领域的广泛关注和深入探讨。但是HCCI还存在着运行工况范围狭窄的问题。为拓展HCCI燃烧运行范围，充分利用HCCI燃烧的优势，本文在装有进排气门定时和升程连续可变机构(4-Variable Valve Actuating System，4VVAS)的单缸试验发动机上，通过深入研究基于内部废气重压缩策略的HCCI工况边界区域的特征，找出限制HCCI燃烧运行范围的因素。系统研究了火花辅助点火、外部废气再循环和进气增压三种常用控制手段，对拓展HCCI运行范围的作用。研究结果表明： 火花辅助点火HCCI燃烧模式，可以在一定程度上增加燃烧持续期，避免了发生爆震的倾向，使得HCCI发动机的负荷边界向大负荷方向平均拓展0.6 bar左右，并在一定程度上改善了CO和HC的排放。 通过在基于内部废气重压缩的HCCI燃烧中引入外部废气循环，可以推迟着火时刻，增长燃烧持续期，可以有效避免爆震的现象，改善NOx排放。外部废气循环可以突破原来限制HCCI燃烧的爆震界限，使得HCCI燃烧的负荷范围平均拓展0.8 bar左右。燃烧负荷的进一步拓展受到失火的限制。 使用进气增压的方式，可以使相同废气率下的HCCI运行负荷扩大，但是新鲜充量增多后，缸内废气不足以控制放热速度，因而爆震限制了HCCI燃烧负荷的进一步拓展。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2HCCI燃烧模式的特点及及其自身面临的挑战

1.3汽油机HCCI着火燃烧的控制

1.4 HCCI燃烧模式运行范围的进展

1.5本课题的引出及其研究方法

1.6本课题的研究意义及内容

第二章汽油机HCCI试验装置及测控系统

2.1 4VVAS-HCCI发动机试验装置

2.1.1 Ricardo单缸试验发动机试验台架

2.1.2 4VVAS全可变气门机构

2.1.3 4VVAS全可变气门机构控制特点

2.1.4发动机分布式控制系统

2.2发动机进气增压模拟系统和外部废气再循环系统

2.3 4VVAS-HCCI发动机燃烧实时分析系统

2.3.1燃烧实时分析系统简介

2.3.2重要的燃烧参数的定义和计算方法

第三章4VVAS-HCCI发动机燃烧特征及其运行范围限制因素研究

3.1 4VVAS-HCCI发动机的燃烧特性

3.1.1试验操作过程和条件

3.1.2 4VVAS-HCCI发动机的燃烧过程分析

3.2HCCI发动机的爆震和爆震边界的界定

3.3 4VVAS-HCCI发动机的运行范围限制因素分析

第四章火花辅助点火拓展HCCI运行范围的研究

4.1火花对HCCI发动机燃烧的影响

4.2火花辅助HCCI燃烧模式的燃烧特性

4.2.1火花辅助HCCI燃烧模式的特点

4.2.2火花辅助HCCI燃烧模式放热特征

4.2.3火花辅助HCCI燃烧模式的燃烧性能

4.3火花辅助点火拓展HCCI运行范围的效果

第五章外部废气再循环及增压拓展HCCI运行范围的研究

5.1外部废气对HCCI发动机燃烧性能的影响

5.1.1相同气门参数下，外部废气对HCCI发动机燃烧过程的影响

5.1.2相同负荷下，外部废气对HCCI发动机燃烧过程的影响

5.1.3外部废气对HCCI燃烧运行范围的拓展

5.2进气增压对HCCI发动机燃烧性能的影响

5.2.1相同残余废气率下，低进气增压对燃烧过程的影响

5.2.2进气增压对4VVAS-HCCI燃烧运行范围的拓展

第六章全文总结和展望

6.1全文总结

6.2未来工作的展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢