可控自燃汽油機燃燒過程及其控制的研究.pdf

1、可控自燃(Controlled Auto Ignition,CAI)汽油機因具有低氮氧化物排放和高熱效率的特點而受到內燃機界的廣泛關注,但CAI汽油機面臨著火時刻控制和負荷擴展的難題.本文通過試驗和模擬計算深入研究了汽油機CAI燃燒過程,分析了影響汽油機CAI燃燒的因素及其作用機理,通過敏感性分析探詢這些影響因素的主要控制手段及關鍵控制參數,進而通過協(xié)同各控制參數改變燃燒的初始條件和邊界條件以達到汽油機CAI燃燒控制的目的. 在

2、Ricardo單缸試驗機上利用兩對小升程進、排氣凸輪軸,通過廢氣捕捉的方法實現了穩(wěn)定的汽油機CAI燃燒.試驗結果發(fā)現,殘余廢氣率和空燃比是影響汽油機CAI燃燒過程的關鍵因素.其中,殘余廢氣不僅提供了CAI燃燒所必需的熱能,還起到了控制著火時刻、負荷大小和放熱速度的作用. 基于以上試驗結果,本文提出了一個雙階段放熱率公式來描述汽油機CAI燃燒過程,并結合一維發(fā)動機數值模擬方法,研究各控制參數對殘余廢氣率和CAI燃燒過程的控制作用.

3、計算結果表明,空燃比對著火時刻的影響最為明顯,尤其是在混合氣過稀時.而排氣門定時決定了缸內混合氣中殘余廢氣和新鮮空氣的比例,是控制CAI汽油機著火時刻和負荷的重要手段. 為研究氣門運動特性對汽油機CAI燃燒過程的控制作用,在Simulink環(huán)境中建立了帶有進/排氣門升程及定時都可控的四變量氣門執(zhí)行機構(4-variable valve actuating system,4VVAS)的汽油機仿真試驗平臺,對其性能和氣門參數控制特點

4、進行了預測和分析,并在4WAS-CAI發(fā)動機試驗臺架上進行了試驗研究. 仿真和試驗結果都表明,可變氣門機構能夠有效地控制汽油機CAI燃燒過程. 其中,排氣門定時及升程能夠控制缸內殘余廢氣率,從而控制了混合氣特性和壓縮初始溫度,進氣門定時和升程能夠調節(jié)發(fā)動機的有效壓縮比和進氣回流,以改變壓縮過程中混合氣的溫度歷程.不同氣門升程下的發(fā)動機運行負荷范圍不同,4VVAS系統(tǒng)通過使用不同升程的氣門型線能夠拓展低轉速小負荷和高轉速大