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HCCI燃烧中爆震现象的研究及其控制策略

作　者: 徐帆
导　师: 王建昕
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 均质充量压缩着火 爆震 燃烧 排放
分类号: TK411.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 162次
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内容摘要


均质混合气压缩着火(HCCI)是一种高效低排放的燃烧方式,但与火花点火(SI)汽油机相比,HCCI发动机受爆震的限制运行范围较窄。自然吸气的汽油HCCI发动机所能达到的最大平均指示压力(pmi)仅约为0.5MPa,极大地限制了HCCI燃烧技术在车用发动机中节能减排的潜力。因此,HCCI爆震现象及其控制策略的研究意义重大。本文在汽油缸内直喷发动机上,基于缸压传感器和爆震传感器对汽油HCCI发动机中的爆震现象进行了试验研究。结果表明,循环供油量对HCCI燃烧爆震影响很大,随油量增大,最大压升率增大,缸压振荡幅值增大。最大压升率以及缸压振荡幅值均可表征HCCI爆震强度。爆震传感器信号在爆震强度较大时可反映HCCI爆震现象,此时爆震信号始点位置与燃烧始点位置(用累计放热率为10%的点所对应曲轴转角(CA10)表示)的相关性较高,使用爆震信号始点可预测燃烧CA10。为了研究HCCI爆震抑制方法及其控制策略,通过发动机台架试验对火花点火激发压燃的燃烧排放及爆震特性,以及内外EGR(废气再循环)相结合、进气增压结合模拟EGR和分层对HCCI燃烧排放及爆震特性的影响进行研究。结果表明:火花点火激发压燃(SICI)与HCCI相比,最大压升率较低,爆震倾向降低,因此可获得更高的负荷范围;同时与传统SI燃烧相比指示热效率较高,NOx排放降低;外部EGR可降低HCCI燃烧的最大压升率,减轻HCCI爆震倾向,并降低NOx排放。通过内外EGR相结合,可进一步抑制HCCI爆震,拓高HCCI燃烧的负荷范围;增压结合模拟EGR可以降低HCCI燃烧的最大压升率,抑制HCCI爆震。在较低增压压力下,通过引入一定量的模拟EGR便可使HCCI发动机在较高的负荷下稳定运行;通过在压缩行程喷入部分燃油可实现分层HCCI燃烧,浓度分层具有抑制HCCI爆震,降低HCCI最大压升率的可能性。但在分层程度过大时可能会使CO和HC排放增加。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 引言  7-26
  1.1 课题的背景及意义  7
  1.2 HCCI 工作原理及发展历史  7-12
    1.2.1 HCCI 工作原理及优缺点  7-8
    1.2.2 HCCI 发展历史及研究进展  8-12
  1.3 HCCI 爆震研究进展综述  12-23
    1.3.1 汽油机爆震现象概述  12-14
    1.3.2 HCCI 爆震概述  14-18
    1.3.3 HCCI 爆震及燃烧相位的主要影响因素  18-22
    1.3.4 通过爆震传感器检测HCCI 燃烧相位  22
    1.3.5 HCCI 爆震抑制方法  22-23
  1.4 研究内容及本文结构  23-26
第2章 试验方法与试验设备  26-36
  2.1 发动机性能试验台架  26-28
  2.2 主要性能测试装置  28-31
  2.3 气态排放物测试方法  31-33
  2.4 HCCI 爆震测试方法  33-35
    2.4.1 发动机缸内压力振荡  33-34
    2.4.2 爆震传感器信号  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章 HCCI 爆震现象研究  36-47
  3.1 基于缸内压力的爆震现象研究  36-41
  3.2 缸压振荡压力与爆震传感器信号的对比  41-44
  3.3 HCCI 爆震频率分析  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 HCCI 燃烧及爆震的控制策略  47-85
  4.1 火花点火激发均质压燃（SICI）的燃烧排放及爆震特性  47-59
    4.1.1 火花点火激发均质压燃（SICI）组合燃烧的基本思路  47-49
    4.1.2 三种典型汽油机燃烧方式的对比  49-51
    4.1.3 两段燃烧放热比例的调整  51-52
    4.1.4 SICI 燃烧及爆震特性  52-56
    4.1.5 SICI 排放特性  56-58
    4.1.6 SICI 拓展负荷的效果  58
    4.1.7 SICI 小结  58-59
  4.2 外部EGR 对HCCI 燃烧排放特性的影响  59-71
  4.3 进气增压结合模拟EGR 对HCCI 燃烧排放特性的影响  71-78
  4.4 分层对HCCI 燃烧和排放的影响  78-83
  4.5 本章小结  83-85
第5章 结论  85-87
  5.1 研究总结  85-86
  5.2 需进一步展开的工作  86-87
参考文献  87-92
致谢  92-93
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  93

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 汽油机 > 理论 > 燃烧过程 > 非正常燃烧
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