基于混合與化學反應協同作用的混合燃燒控制策略的研究.pdf

1、在能源、環(huán)境和（貴金屬）資源的多重壓力下，實現柴油機的高效清潔燃燒成為研究焦點，而低溫燃燒技術已被證實是實現柴油機高效清潔燃燒的有效手段。對于低負荷下的低溫燃燒，經國內外研究者的努力，通過各種手段已得到實現。但是到目前為止，當低溫燃燒向高負荷拓展時所遇到的瓶頸問題仍沒有得到有效的解決，這主要是由于受到熱效率、碳煙以及HC和CO排放的限制難以使用較高EGR率。因此，在現階段研究中，將高效、低排放的低溫燃燒向更高負荷拓展成為了新概念燃燒研究

2、的核心。本文以最大限度的拓展低溫燃燒負荷范圍，實現全工況高熱效率、低NOx、碳煙排放為目標，以發(fā)動機試驗研究為主，CFD數值模擬、激光診斷技術為輔，深入探究了新概念燃燒條件下影響物理、化學過程的各控制參數（邊界條件）對燃燒過程的影響規(guī)律。
　　傳統低溫燃燒過程試驗研究表明，通過采用大EGR率稀釋的手段可以同時實現極低的NOx與碳煙排放，但是這樣的結果是以CO、HC以及指示熱效率的惡化作為代價。適度提高增壓壓力雖然在中低EGR區(qū)域中

3、可以取得更好的NOx與碳煙的折中，但是當采用大EGR率時，卻很難從根本上解決低熱效率的難題。在柴油預混燃燒的研究中發(fā)現，采用單次早噴預混燃燒策略時，通過對EGR率以及噴油定時的優(yōu)化，在低負荷工況下可以實現超低的NOx與碳煙排放以及高的指示熱效率；但是在其負荷拓展的過程中由于混合不夠充分、局部濃區(qū)增加，會受到爆震以及碳煙、HC、CO與指示熱效率急劇惡化的限制。進一步研究表明，多脈沖噴射在負荷拓展方面擁有巨大的優(yōu)勢，由于其噴油模式使得缸內工

4、質呈現分層分布，有效降抑制了爆震的發(fā)生；并且多次脈沖噴油噴射有效改善了混合，使得缸內局部濃區(qū)減少，有利于NOx與碳煙排放的降低；通過協同優(yōu)化推遲進氣門關閉定時、增壓壓力、EGR率等參數最終可以在中負荷工況下（平均指示壓力為1.1MPa）取得了極低的排放，并且此時指示熱效率達到了51％。
　　通過理論分析、光學噴霧試驗、CFD數值模擬計算以及發(fā)動機試驗四個方面的研究創(chuàng)新性地提出了高密度－低溫燃燒。研究表明，充量密度對缸內熱容和混合率

5、的影響共同制約著NOx的生成；提高充量密度與提高EGR率對降低缸內燃燒溫度的結果相似，并且通過增壓的方式提高充量密度可以彌補由于大量EGR的引入而缺失的氧含量，這樣就有效改善了碳煙排放并提高了熱效率。試驗中，借助于推遲進氣門關閉定時系統，在發(fā)動機最大爆發(fā)壓力極限范圍內最大限度的提高了充量密度，在滿負荷工況下（平均指示壓力為2.2MPa）取得了極低的排放以及較高的指示熱效率。
　　綜合以上研究，本文基于混合與化學反應的協同控制理論創(chuàng)

6、新性地提出了混合燃燒控制策略。該控制策略認為，高BMEP重型柴油機，在不同的負荷工況應該采用不同的控制策略：在低負荷階段，采用基于單次早噴以及高EGR率的預混燃燒策略；在中負荷階段，采用基于多脈沖噴射、高EGR率、高增壓以及推遲進氣門關閉定時的預混燃燒策略；在高負荷以及全負荷，采用基于高增壓以及進氣門晚關技術的高密度-低溫燃燒策略?；旌先紵刂撇呗杂兄鴮崿F重載柴油發(fā)動機的高熱效率以及超低排放，并可以同時取消或減少對復雜后處理器的依賴的潛