可控自燃汽油機(jī)燃燒過程及其控制的研究.pdf

1、可控自燃(Controlled Auto Ignition,CAI)汽油機(jī)因具有低氮氧化物排放和高熱效率的特點(diǎn)而受到內(nèi)燃機(jī)界的廣泛關(guān)注,但CAI汽油機(jī)面臨著火時(shí)刻控制和負(fù)荷擴(kuò)展的難題.本文通過試驗(yàn)和模擬計(jì)算深入研究了汽油機(jī)CAI燃燒過程,分析了影響汽油機(jī)CAI燃燒的因素及其作用機(jī)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(guān)鍵控制參數(shù),進(jìn)而通過協(xié)同各控制參數(shù)改變?nèi)紵某跏紬l件和邊界條件以達(dá)到汽油機(jī)CAI燃燒控制的目的. 在

2、Ricardo單缸試驗(yàn)機(jī)上利用兩對小升程進(jìn)、排氣凸輪軸,通過廢氣捕捉的方法實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的汽油機(jī)CAI燃燒.試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),殘余廢氣率和空燃比是影響汽油機(jī)CAI燃燒過程的關(guān)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(shí)刻、負(fù)荷大小和放熱速度的作用. 基于以上試驗(yàn)結(jié)果,本文提出了一個(gè)雙階段放熱率公式來描述汽油機(jī)CAI燃燒過程,并結(jié)合一維發(fā)動機(jī)數(shù)值模擬方法,研究各控制參數(shù)對殘余廢氣率和CAI燃燒過程的控制作用.

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

4、進(jìn)行了預(yù)測和分析,并在4WAS-CAI發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺架上進(jìn)行了試驗(yàn)研究. 仿真和試驗(yàn)結(jié)果都表明,可變氣門機(jī)構(gòu)能夠有效地控制汽油機(jī)CAI燃燒過程. 其中,排氣門定時(shí)及升程能夠控制缸內(nèi)殘余廢氣率,從而控制了混合氣特性和壓縮初始溫度,進(jìn)氣門定時(shí)和升程能夠調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的有效壓縮比和進(jìn)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(jī)運(yùn)行負(fù)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(zhuǎn)速小負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速大