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基于优化动力技术的多缸汽油机HCCI燃烧控制的试验研究

作　者: 郑华航
导　师: 吕兴才
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 多缸汽油机 HCCI燃烧火花辅助外部EGR 运转条件排放
分类号: TK417
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

全球经济的可持续发展面临着能源危机和环境恶化两大问题,随着化石能源枯竭以及地球温室效应加剧,如何发展高效低排放的发动机已经成为能源与环境领域的一个重要课题。本文基于优化动力技术,利用发动机冷却水和排气余热加热进气,在多缸汽油机上实现了HCCI燃烧。从燃烧控制的角度,在多缸汽油机OKP-HCCI研究平台上,对发动机实现新型、高效、超低排放的HCCI燃烧模式进行了研究,重点研究分析了火花辅助、外部EGR、运转条件对HCCI燃烧的着火时刻和燃烧速率的控制规律,同时研究了排放变化趋势。研究表明,当进气温度未达到HCCI稳定燃烧条件时,火花辅助有助于HCCI燃烧,增大平均指示压力、最大缸内压力以及最大压力升高率,降低循环波动率,提高燃烧稳定性。火花辅助在HCCI燃烧边界不稳定工况下有改善循环波动的趋势,但是在亚临界稳定工况下,火花辅助使得缸内循环波动和缸间循环波动有所增大。火花辅助使HCCI燃烧出现两阶段放热,当点火提前角增大,主燃烧阶段放热率峰值增大,燃烧始点显著提前。在发动机转速1200rpm～1600rpm小负荷范围内,火花辅助可以适当改善NO_x和HC排放。随着外部热EGR率的增大,着火时刻推迟,最大缸内压力和最大压力升高率逐渐降低,最大放热率也随之降低。CO排放和HC排放呈现出增长的趋势。NOx排放整体处于较低水平(50×10^-6以内),随着EGR率的增大而单调下降。进气温度的微小变化会引起着火时刻的明显变化。冷却水温度对燃烧及排放的影响与进气温度类似,区别是冷却水温度改变着火时刻的影响作用要小于进气温度的改变着火时刻的作用。对于汽油燃料而言,HCCI发动机运行对转速变化非常敏感。随着转速增大,燃烧始点CA10明显线性推迟,而燃烧中点CA50变化与燃烧持续期的变化基本一致,呈现阶段性波动。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 课题的背景与意义  10-12
  1.2 均质充量压燃技术HCCI  12-19
    1.2.1 HCCI 燃烧研究概况  12-14
    1.2.2 HCCI 燃烧的实现方法  14-18
    1.2.3 HCCI 燃烧存在的问题  18-19
  1.3 本文研究目的与研究内容  19-22
    1.3.1 研究目的  20
    1.3.2 研究内容  20-22
第二章 HCCI实现方法及试验系统  22-38
  2.1 动力优化（OKP）系统  22-23
  2.2 试验系统  23-30
    2.2.1 试验用发动机  24-25
    2.2.2 进排气系统  25-27
    2.2.3 机械增压系统  27-28
    2.2.4 发动机台架控制系统  28-30
  2.3 试验测试装置  30-34
    2.3.1 排放测量系统  30-31
    2.3.2 过量空气系数测量系统  31
    2.3.3 缸压传感器以及燃烧状态反馈系统  31-33
    2.3.4 燃烧数据采集及分析系统  33-34
  2.4 燃烧参数计算  34-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章火花辅助控制多缸汽油机 HCCI燃烧的研究  38-60
  3.1 多缸汽油机HCCI 燃烧特征参数定义  38-39
  3.2 多缸汽油机HCCI 与SI 燃烧特性对比  39-42
  3.3 试验结果及分析  42-58
    3.3.1 HCCI 燃烧边界不稳定工况下火花辅助对燃烧的影响  42-43
    3.3.2 火花辅助对多缸汽油机HCCI 燃烧循环波动的影响  43-53
    3.3.3 不同点火提前角对稳定工况下HCCI 燃烧的影响  53-57
    3.3.4 不同点火提前角对稳定工况下HCCI 排放的影响  57-58
  3.4 本章小结  58-60
第四章外部 EGR 及运转条件对多缸汽油机 HCCI燃烧影响  60-74
  4.1 外部EGR 对HCCI 燃烧及排放的影响  60-65
  4.2 进气温度对HCCI 燃烧及排放的影响  65-68
  4.3 冷却水温度对HCCI 燃烧及排放的影响  68-71
  4.4 转速对HCCI 燃烧的影响  71-73
  4.5 本章小结  73-74
第五章全文总结和展望  74-77
  5.1 全文总结  74-76
  5.2 工作展望  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  82-84

基于优化动力技术的多缸汽油机HCCI燃烧控制的试验研究

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