缸內(nèi)噴射CO2對柴油準(zhǔn)均質(zhì)壓燃燃燒影響的研究.pdf

1、柴油機(jī)均質(zhì)壓燃(HCCI)燃燒作為機(jī)內(nèi)凈化的燃燒方式,被認(rèn)為是實現(xiàn)更嚴(yán)格排放法規(guī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是由于在中高負(fù)荷時燃燒粗暴,限制了負(fù)荷上限的進(jìn)一步拓展。準(zhǔn)均質(zhì)壓燃(qHCCI)燃燒是一種廣義上的HCCI燃燒。本文采用負(fù)氣門疊開期噴油實現(xiàn)qHCCI燃燒,并且采用一種新手段控制燃燒,即向氣缸內(nèi)噴射CO2。本文借助缸內(nèi)噴射CO2,研究了噴射參數(shù)的影響、負(fù)荷范圍的拓展和燃燒的閉環(huán)控制等方面。鑒于當(dāng)前的HCCI柴油機(jī)都是HCCI/CI雙模式燃燒

2、,又試驗研究了燃燒模式的切換問題。
　　 本文首先模擬了qHCCI燃油噴射和缸內(nèi)噴氣。通過燃油噴射模擬,揭示了負(fù)氣門疊開期的噴油定時必須在排氣上止點附近,才能把燃油噴入燃燒室中；揭示了著火時油氣分布從上到下逐漸變濃的分布規(guī)律；揭示了提前噴油定時有助于著火時的油氣分布等。對噴氣能量的估算表明:噴氣帶入缸內(nèi)的動量和動能遠(yuǎn)大于缸內(nèi)氣體和噴射燃油的動量和動能。通過缸內(nèi)噴氣模擬,證明了噴氣能有效促進(jìn)油氣混合,并初步選擇了氣體噴射器的噴嘴參

3、數(shù)。
　　 在模擬基礎(chǔ)上,進(jìn)行了缸內(nèi)噴射CO2的試驗研究。首先優(yōu)化了氣體噴射器噴孔的參數(shù),結(jié)果表明,噴孔方向?qū)υ囼灲Y(jié)果有較大影響。噴孔方向既要使噴射氣體直接作用到燃燒室,從而促進(jìn)油氣混合,又要保持與缸內(nèi)渦流呈一定角度,避免削弱渦流。然后采用優(yōu)化后的氣體噴射器研究了噴氣始點、噴氣量和噴氣壓力對qHCCI燃燒的影響。試驗結(jié)果表明,提前噴氣始點和增大噴氣量能降低NO排放,通過調(diào)節(jié)噴氣始點和噴氣量,可以使NO排放降低97％以上；而增大噴

4、氣壓力可以對缸內(nèi)產(chǎn)生更大擾動,促進(jìn)油氣混合,降低煙度。
　　 在優(yōu)化噴氣參數(shù)的基礎(chǔ)上,對比研究了外部EGR和缸內(nèi)噴射CO2的燃燒特點和負(fù)荷拓展能力。外部EGR增大時煙度急劇上升,而噴射CO2對煙度影響很小,這歸因于后者對進(jìn)氣量的影響小。在試驗工況下,噴射CO2使負(fù)荷上限提高了15％,但是上限時最大壓力升高率過大。
　　 考慮到在不同的工況(負(fù)荷和轉(zhuǎn)速)下所需CO2噴射量不同,因此開發(fā)了基于循環(huán)的燃燒相位閉環(huán)控制系統(tǒng),實現(xiàn)

5、了基于循環(huán)的缸壓采集、分析和CA50的反饋控制。經(jīng)過比較,選擇反映經(jīng)濟(jì)性的CA50作為反饋參數(shù),選擇用Rassweiler和Withrow方法來計算CA50。試驗結(jié)果表明:系統(tǒng)具有對輸入的跟蹤能力和對負(fù)荷和轉(zhuǎn)速干擾的抑制能力。
　　 利用開發(fā)的燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng),研究了qHCCI燃燒的加載特性和qHCCI/CI燃燒模式的切換。對于外部EGR來說,為了保持良好的排放性能,加載速率不能過快；而由于噴射CO2反應(yīng)快,所以對加載速率沒有限