柴油機先進空氣系統(tǒng)理論及其在低溫燃燒過程的應(yīng)用研究.pdf

1、節(jié)能和減排是內(nèi)燃機技術(shù)進步的主題，柴油機低溫燃燒技術(shù)通過協(xié)同控制燃燒過程中混合與化學(xué)反應(yīng)參數(shù)，可以實現(xiàn)高熱效率和超低排放。先進空氣系統(tǒng)的研究包括確定結(jié)構(gòu)方案和設(shè)計參數(shù)，標(biāo)定運行參數(shù)，開發(fā)控制策略。新概念燃燒理論研究表明，先進空氣系統(tǒng)應(yīng)保證柴油機在全工況穩(wěn)態(tài)運行和瞬態(tài)運行下具有適當(dāng)?shù)娜紵页淞棵芏?、燃空?dāng)量比、氧濃度和排氣背壓；而且必須與柴油機燃燒室和燃油系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配。本文以全工況高熱效率、低NOx和低碳煙排放為目標(biāo)，以發(fā)動機試驗研究為主

2、，CFD數(shù)值模擬為輔，深入探究了實現(xiàn)柴油機高密度-低溫燃燒（HD-LTC）新燃燒概念的空氣系統(tǒng)設(shè)計及其控制參數(shù)對燃燒過程的影響。
　　本研究通過對兩級增壓系統(tǒng)進行匹配計算，提供了增壓器脈譜選型的初步依據(jù)。應(yīng)用GT-Power軟件對增壓器工作過程進行仿真模擬，確定所選的增壓器脈譜能有效避開喘振區(qū)、氣阻區(qū)，并在全工況運行在高效率區(qū)。
　　本文研究了增壓系統(tǒng)與進氣門晚關(guān)系統(tǒng)（RIVCT）的協(xié)同控制機理，并提出了靈活的燃油控制策略，

3、提出變RIVCT的概念是指適應(yīng)全轉(zhuǎn)速和全負荷工況。由于使用RIVCT后的廢氣驅(qū)動功有所降低，壓氣機運行效率提高，所需的最小驅(qū)動功降低，使壓比略有小幅增加。在此基礎(chǔ)上利用RIVCT使氣體流量降低的優(yōu)勢，使排氣背壓降低，泵氣損失減小，有效熱效率增加；使用RIVCT也使壓縮上止點溫度降低，滯燃期延長，缸內(nèi)燃氧當(dāng)量比分布更加均質(zhì)，使局部火焰溫度較低，NOx排放降低約70％，同時soot排放降低約30%。
　　高低壓EGR循環(huán)對空氣系統(tǒng)的運

4、行效率有著不同的影響，本文研究得出在低轉(zhuǎn)速工況，發(fā)動機廢氣能量不足，采用低壓EGR循環(huán)能獲得高的有效熱效率和低的排放。但在高轉(zhuǎn)速工況，發(fā)動機廢氣能量相對充足，此時采用高壓 EGR循環(huán)能獲得更高的有效熱效率和低的排放。
　　在穩(wěn)態(tài)工況，EGR混合長度對燃燒循環(huán)變動的影響較小，但對瞬態(tài)工況的影響很大。本文重點研究了瞬態(tài)突加負載工況，EGR混合長度和RIVCT系統(tǒng)對EGR率不均勻性、缸內(nèi)燃氧當(dāng)量比、瞬時放熱率、動態(tài)響應(yīng)和煙度的影響，提出

5、EGR長混合路徑方案，有效降低了氣缸與氣缸以及循環(huán)與循環(huán)間得變動。發(fā)現(xiàn)在瞬變過程中燃氧當(dāng)量比存在一個臨界值，提出了燃油供給、增壓器VGT和EGR率的控制模型，確保燃空當(dāng)量比運行在臨界當(dāng)量比之下，實現(xiàn)了排放和響應(yīng)性能優(yōu)化。
　　綜合以上研究，本文創(chuàng)新性地提出了六個―最小原則‖。米勒循環(huán)與增壓系統(tǒng)共同作用，存在著一個最小有效壓縮比，最小有效壓縮比不僅對充量密度有影響，而且對壓縮溫度和滯燃期起作用，使充量混合更加均質(zhì)。先前高密度低溫燃燒