基于混合與化學反應協(xié)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(xiàn)柴油機的高效清潔燃燒成為研究焦點，而低溫燃燒技術(shù)已被證實是實現(xiàn)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(jīng)國內(nèi)外研究者的努力，通過各種手段已得到實現(xiàn)。但是到目前為止，當?shù)蜏厝紵蚋哓摵赏卣箷r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(xiàn)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(xiàn)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(shù)值模擬、激光診斷技術(shù)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(shù)（邊界條件）對燃燒過程的影響規(guī)律。
　　傳統(tǒng)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(xiàn)極低的NOx與碳煙排放，但是這樣的結(jié)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(xiàn)，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(xiàn)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(nèi)工

4、質(zhì)呈現(xiàn)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(nèi)局部濃區(qū)減少，有利于NOx與碳煙排放的降低；通過協(xié)同優(yōu)化推遲進氣門關(guān)閉定時、增壓壓力、EGR率等參數(shù)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(shù)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(nèi)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(nèi)燃燒溫度的結(jié)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(guān)閉定時系統(tǒng)，在發(fā)動機最大爆發(fā)壓力極限范圍內(nèi)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(xié)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(guān)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(guān)技術(shù)的高密度-低溫燃燒策略?；旌先紵刂撇呗杂兄鴮崿F(xiàn)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