基于可變氣門的內(nèi)燃機(jī)低溫燃燒小負(fù)荷控制策略研究.pdf

1、低溫燃燒作為一種新型燃燒方式，在實(shí)現(xiàn)極低NOx和顆粒物的同時(shí)可獲得較高熱效率，但小負(fù)荷工況下會導(dǎo)致較高HC和CO排放以及較低燃燒效率，高辛烷值燃料甚至?xí)霈F(xiàn)“失火”現(xiàn)象。可變氣門技術(shù)是改善低溫燃燒小負(fù)荷工況燃燒穩(wěn)定性，提高燃燒效率，降低HC和CO的重要技術(shù)途徑。本文基于可變氣門技術(shù)，對柴油和汽油燃料低溫壓燃小負(fù)荷工況燃燒控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　本文自主研發(fā)了無凸輪電液可變氣門系統(tǒng)，并對提高系統(tǒng)響應(yīng)和可靠性的控制方案進(jìn)行了研究

2、。結(jié)果表明，采用多脈沖控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)較低落座速度，但所對應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速也顯著下降；利用一開關(guān)電磁閥與單向節(jié)流閥并聯(lián)控制，可以有效縮短緩沖距離，同時(shí)降低落座速度。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于凸輪的進(jìn)氣門晚關(guān)機(jī)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作頻率，滿足發(fā)動機(jī)更高轉(zhuǎn)速需求。
　　基于所開發(fā)的可變氣門機(jī)構(gòu)，首先針對柴油燃料的小負(fù)荷低溫燃燒進(jìn)行了研究。研究表明，通過高廢氣再循環(huán)(EGR)率控制都可以實(shí)現(xiàn)超低NOx排放，其中外部中冷EGR特別是與進(jìn)氣門晚關(guān)

3、結(jié)合更可以有效降低碳煙，但在小負(fù)荷工況下將導(dǎo)致HC和CO排放急劇上升；進(jìn)氣門或排氣門兩次開啟的內(nèi)部EGR策略可以獲得低排放和高排氣溫度，但隨著負(fù)荷增加，滯燃期明顯縮短，碳煙排放急劇上升；進(jìn)氣門兩次開啟的混合氣均勻程度與溫度分布特性介于排氣門兩次開啟和只采用外部中冷EGR策略之間，因此其有害排放量也介于兩者之間；采用高噴油壓力可以降低內(nèi)部EGR的碳煙排放，而采用低噴油壓力可以降低中冷EGR的HC和CO排放；在內(nèi)外EGR耦合控制策略中，提高

4、內(nèi)部EGR比例可以降低HC和CO排放，但改善效果逐漸減弱，同時(shí)為了抑制碳煙排放，需要結(jié)合更高噴油壓力，而提高外部EGR比例可以獲得較高熱效率。
　　針對汽油燃料低溫壓燃在小負(fù)荷工況燃燒穩(wěn)定性差的問題，基于排氣門兩次開啟策略進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，采用兩次噴油策略可以獲得更理想的混合氣濃度和熱分層，有助于改善燃燒，但隨著負(fù)荷降低，混合氣過稀不利于穩(wěn)定燃燒的實(shí)現(xiàn)；近上止點(diǎn)附近單次噴射結(jié)合較高內(nèi)部EGR率可以獲得較低NOx、較高熱效率與較

5、好的燃燒穩(wěn)定性，但在更低負(fù)荷工況下過低的氧含量對燃燒反應(yīng)起到抑制作用；提高進(jìn)氣壓力是向更小負(fù)荷、甚至怠速工況擴(kuò)展的有效手段。本文通過采用提高進(jìn)氣壓力、增大內(nèi)部EGR率以及上止點(diǎn)附近單次噴油策略，使汽油燃料低溫壓燃最小運(yùn)行工況擴(kuò)展至怠速工況(平均指示壓力1.5bar)。
　　對汽油燃料低溫壓燃中等負(fù)荷工況控制策略的研究表明，隨著負(fù)荷升高，采用晚噴策略難以同時(shí)兼顧NOx與碳煙排放，提高噴油壓力和進(jìn)氣壓力對性能和排放的改善作用有限；采用