基于混合與化學(xué)反應(yīng)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(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的高效清潔燃燒成為研究焦點(diǎn)，而低溫燃燒技術(shù)已被證實(shí)是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)高效清潔燃燒的有效手段。對(duì)于低負(fù)荷下的低溫燃燒，經(jīng)國(guó)內(nèi)外研究者的努力，通過(guò)各種手段已得到實(shí)現(xiàn)。但是到目前為止，當(dāng)?shù)蜏厝紵蚋哓?fù)荷拓展時(shí)所遇到的瓶頸問(wèn)題仍沒(méi)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(fù)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(fù)荷范圍，實(shí)現(xiàn)全工況高熱效率、低NOx、碳煙排放為目標(biāo)，以發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)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(xué)過(guò)程的各控制參數(shù)（邊界條件）對(duì)燃燒過(guò)程的影響規(guī)律。
　　傳統(tǒng)低溫燃燒過(guò)程試驗(yàn)研究表明，通過(guò)采用大EGR率稀釋的手段可以同時(shí)實(shí)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(jià)。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(dāng)采用大EGR率時(shí)，卻很難從根本上解決低熱效率的難題。在柴油預(yù)混燃燒的研究中發(fā)現(xiàn)，采用單次早噴預(yù)混燃燒策略時(shí)，通過(guò)對(duì)EGR率以及噴油定時(shí)的優(yōu)化，在低負(fù)荷工況下可以實(shí)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(fù)荷拓展的過(guò)程中由于混合不夠充分、局部濃區(qū)增加，會(huì)受到爆震以及碳煙、HC、CO與指示熱效率急劇惡化的限制。進(jìn)一步研究表明，多脈沖噴射在負(fù)荷拓展方面擁有巨大的優(yōu)勢(shì)，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(guò)協(xié)同優(yōu)化推遲進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)、增壓壓力、EGR率等參數(shù)最終可以在中負(fù)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(shí)指示熱效率達(dá)到了51％。
　　通過(guò)理論分析、光學(xué)噴霧試驗(yàn)、CFD數(shù)值模擬計(jì)算以及發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)四個(gè)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(duì)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(duì)降低缸內(nèi)燃燒溫度的結(jié)果相似，并且通過(guò)增壓的方式提高充量密度可以彌補(bǔ)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(yàn)中，借助于推遲進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)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(xué)反應(yīng)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(rèn)為，高BMEP重型柴油機(jī)，在不同的負(fù)荷工況應(yīng)該采用不同的控制策略：在低負(fù)荷階段，采用基于單次早噴以及高EGR率的預(yù)混燃燒策略；在中負(fù)荷階段，采用基于多脈沖噴射、高EGR率、高增壓以及推遲進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)的預(yù)混燃燒策略；在高負(fù)荷以及全負(fù)荷，采用基于高增壓以及進(jìn)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?shí)現(xiàn)重載柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的高熱效率以及超低排放，并可以同時(shí)取消或減少對(duì)復(fù)雜后處理器的依賴的潛