汽油HCCI发动机火花塞离子电流传感系统的开发研究

摘要

HCCI燃烧作为一种新概念的燃烧方式，因为其高效、节能和低排放的特性，正日益受到国内外的广泛关注。探索一种简单可靠的HCCI燃烧过程传感装置，是实现燃烧过程闭环控制，解决HCCI燃烧系统实用化所面临燃烧实时控制和HCCI/SI模式过渡控制等多个难点问题的重要手段。火花塞离子电流传感技术作为一种低成本的燃烧监测元件，不需要增加传感器，也不必对发动机进行其他改动，而且可以多缸同采用以解决HCCI燃烧多缸一致性控制问题。因此本研究具有很高的实际应用价值。 本文首先研究火花塞离子电流的检测机理，并搭建了HCCI汽油机离子电流检测研究平台，实现HCCI燃烧过程中火花塞离子电流信号的实时检测。在均质压缩燃烧和火花辅助均质压缩燃烧两种工作模式下进行离子电流信号检测试验，验证了火花塞离子电流信号检测的可行性。 研究了HCCI燃烧下离子电流特性及其影响因素。试验结果表明：偏置电源电压影响离子电流信号的幅值和终点相位；在空燃比为1附近所检测的离子电流信号的幅值最大，离子电流信号相位最早；燃烧负荷主要影响离子电流信号的幅值。 通过对不同爆震强度和失火燃烧下的离子电流信号与正常燃烧下的离子电流信号特征参数的研究表明，离子电流信号的幅值可用于爆震强度指示和失火的实时检测。 系统研究了离子电流信号与HCCI燃烧过程之间的相关性。结果表明：离子电流信号的拐点相位、峰值相位与HCCI燃烧相位高度线性相关，离子电流信号的拐点值、峰值、积分值与HCCI燃烧速度有较好的相关性。在HCCI发动机燃烧过程检测中，选择离子电流信号的峰值相位指示HCCI燃烧相位，离子电流信号的峰值指示燃烧负荷、燃烧速度变化情况，是实现代价最低，最实际可行的检测方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2HCCI燃烧过程控制而临的问题

1.3火花塞离子电流法的发展及研究现状

1.3.1火花塞离子电流法的研究背景

1.3.2火花塞离子电流法简介

1.3.3国内外研究现状

1.4本课题的引出及其研究方法

1.5本文的研究内容及意义

第二章火花塞离子电流信号的检测

2.1火花塞离子电流检测原理

2.1.1火花点火发动机离子电流检测机理

2.1.2 HCCI燃烧下离子电流检测机理

2.2火花塞离子电流检测电路设计

2.3火花塞离子电流信号检测

2.3.1 HCCI燃烧下离子电流信号

2.3.2火花点火辅助HCCI燃烧下离子电流信号

2.4本章小结

第三章汽油HCCI发动机火花塞离子电流试验平台

3.1全可变气门机构汽油HCCI发动机试验平台

3.1.1单缸试验发动机试验装置

3.1.2HCCI发动机控制系统

3.1.3HCCI发动机燃烧实时分析系统

3.2火花塞离子电流试验平台

3.2.1 DL750数字波形记录分析仪

3.2.2离子电流信号采集

3.2.3实验数据的同步

3.3本章小结

第四章HCCI燃烧下火花塞离子电流检测试验研究

4.1火花塞离子电流特征参数提取

4.2离子电流影响因素分析

4.2.1偏置电压对离子电流的影响

4.2.2空燃比对离子电流影响

4.2.3负荷对离子电流的影响

4.2.4离子电流信号的循环变动

4.3 HCCI非正常燃烧状态检测

4.3.1 HCCI爆震燃烧检测

4.3.2HCCI失火检测

4.4本章小结

第五章火花塞离子电流与HCCI燃烧过程相关性分析

5.1基于缸内压力的HCCI燃烧状态参数计算

5.1.1放热率及MFB的计算

5.1.2气缸压力特征参数

5.2动态实验工况设计

5.3离子电流与燃烧参数相关性分析

5.3.1相关系数的定义

5.3.2 HCCI燃烧相位与离子电流相位特征相关性分析

5.3.3 HCCI燃烧状态参数与离子电流相位特征相关性分析

5.4HCCI燃烧过程检测参数选取

5.5本章小结

第六章全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢