本文關鍵詞：基于冷熱EGR耦合與兩段燃油噴射控制的柴油低溫燃燒研究

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【摘要】：低溫燃燒作為一種高效清潔的技術,是近年來發(fā)動機燃燒研究領域的熱點之一。但是,由于低溫燃燒缺乏直接的燃燒控制手段,所以其燃燒過程及模式切換過程的控制一直是研究的難點。本文提出了采用兩段燃油噴射以及EGR率與溫度的耦合控制來實現低溫燃燒油氣混合和燃燒過程控制的研究思路。開展了兩段燃油噴射參數對LTC燃燒、性能和排放等參數影響的研究;探討了冷熱EGR雙回路系統(tǒng)對EGR率與進氣溫度的控制作用;耦合冷熱EGR和兩段燃油噴射,研究了穩(wěn)態(tài)工況下優(yōu)化控制策略;針對LTC、CI燃燒模式的相互切換過程,開展了瞬態(tài)過程控制研究,提高了切換過程平順性并抑制了瞬態(tài)HC排放突變。首先,在HC濃度分布試驗平臺上進行了兩段噴射瞬態(tài)HC濃度分布試驗,揭示了噴射段數和噴射間隔等參數對燃油霧化充分性和均勻性的影響規(guī)律,獲得了以濃度值大小和均勻性權衡考慮,并結合實際發(fā)動機上運行時的限制等條件的優(yōu)化噴油策略是兩段噴射結合噴射間隔中間值。在此基礎上,在實際發(fā)動機臺架上研究了兩段燃油噴射對LTC燃燒、性能和排放的影響,揭示了兩段噴射間隔、噴射時刻和噴射比例等對低溫燃燒過程及排放的影響規(guī)律。以燃油消耗率和NOx排放為主要評價基準,確定了兩段燃油噴射參數的控制策略。其次,設計并建立了LTC燃燒冷熱EGR雙回路發(fā)動機試驗平臺。在建立的冷熱EGR雙回路發(fā)動機臺架上,引入了EGR率和進氣溫度協同控制的方法,通過冷EGR閥、熱EGR閥和背壓閥的協同控制,實現了EGR率與進氣溫度的精確控制。進行了EGR率與進氣溫度單因素變化對LTC燃燒和排放的影響研究。結果表明低轉速時等EGR率條件下,進氣溫度的升高對油氣混合的促進作用大于氣量減少的不利作用。獲得了不同工況下的EGR控制策略:在低轉速低負荷工況下,應引入較高溫度的少量EGR,促進燃油的蒸發(fā)霧化;在高轉速下則引入大EGR率的冷卻EGR,實現對燃燒相位的控制。然后,將兩段噴射和EGR手段耦合,在冷熱EGR雙回路試驗臺架上,試驗研究了EGR作用下的兩段噴射油量比變化對燃燒和排放的影響。揭示了第二段噴射油量越大,EGR推遲燃燒以及使第二段油量更充分霧化蒸發(fā)效果越明顯,并確定了EGR與兩段噴射的耦合控制策略。最后,針對LTC與CI燃燒模式切換過程,開展了IMEP平順性及瞬態(tài)HC排放控制研究。針對CI-LTC切換過程,提出了兩個過渡循環(huán)內兩段噴射脈寬比例調節(jié)的策略,降低了循環(huán)波動率,同時避免了切換初期輸出功率大幅下降問題。針對LTC-CI切換過程,發(fā)現了低轉速下切換后HC峰值現象,提出了五個油量調節(jié)循環(huán)內逐漸遞增的單段噴射策略,既消除了瞬態(tài)HC峰值現象,又降低了IMEP循環(huán)波動率。
【關鍵詞】：低溫燃燒 多段噴射 冷熱EGR 協同控制 模式切換
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK421.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 常用符號縮寫表7-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 引言11-12
• 1.2 低溫燃燒理論介紹12-14
• 1.3 柴油低溫燃燒研究現狀14-23
• 1.3.1 低溫燃燒控制手段14-17
• 1.3.2 柴油低溫燃燒實現方式17-18
• 1.3.3 燃燒模式切換研究現狀18-21
• 1.3.4 柴油低溫燃燒HC排放研究現狀21-23
• 1.4 柴油低溫燃燒應用面臨的主要問題23-24
• 1.5 本課題的研究意義和內容24-26
• 第二章 試驗系統(tǒng)設計與開發(fā)26-38
• 2.1 氣缸HC濃度分布試驗臺架的設計與搭建26-29
• 2.2 柴油LTC冷熱EGR雙回路單缸發(fā)動機試驗系統(tǒng)29-32
• 2.3 冷熱EGR雙回路系統(tǒng)設計與開發(fā)32-34
• 2.3.1 EGR閥的設計與控制33
• 2.3.2 熱EGR回路設計33-34
• 2.3.3 冷EGR回路設計34
• 2.4 發(fā)動機試驗臺架控制和采集系統(tǒng)34-37
• 2.4.1 控制系統(tǒng)模塊34-36
• 2.4.2 數據監(jiān)控及采集模塊36-37
• 2.5 本章小結37-38
• 第三章 兩段燃油噴射參數對燃燒和排放的影響研究38-62
• 3.1 兩段噴射瞬態(tài)HC濃度分布趨勢研究38-43
• 3.1.1 兩段噴射HC濃度空間分布研究39-41
• 3.1.2 噴射段數及噴射間隔變化對HC濃度空間分布的總體影響研究41-43
• 3.2 兩段噴射時刻對燃燒、性能和排放的影響43-55
• 3.2.1 兩段噴射時刻對燃燒和性能的影響44-51
• 3.2.2 兩段噴射時刻對排放的影響51-55
• 3.3 兩段噴射比例對燃燒、性能和排放的影響55-60
• 3.3.1 兩段噴射比例對燃燒和性能的影響55-59
• 3.3.2 兩段噴射比例對排放的影響59-60
• 3.4 本章小結60-62
• 第四章 冷熱EGR對LTC燃燒及排放影響的試驗研究62-75
• 4.1 閥門開度對EGR率及進氣溫度的影響62-66
• 4.2 等EGR率下進氣溫度對LTC燃燒及排放的影響66-70
• 4.2.1 進氣溫度變化范圍研究66-67
• 4.2.2 等EGR率下的進氣溫度對燃燒和排放的影響67-70
• 4.3 等進氣溫度下EGR率對LTC燃燒及排放的影響70-72
• 4.4 EGR率與進氣溫度協同配合下的優(yōu)化IMEP輸出72-73
• 4.5 本章小結73-75
• 第五章 EGR與兩段燃油噴射耦合控制試驗研究75-87
• 5.1 EGR作用下兩段噴射對燃燒的影響研究75-80
• 5.2 EGR作用下兩段噴射對排放的影響研究80-82
• 5.3 EGR與兩段噴射耦合優(yōu)化策略研究82-85
• 5.3.1 優(yōu)化參數確定及優(yōu)化總原則82-83
• 5.3.2 綜合策略優(yōu)化過程83-85
• 5.4 本章小結85-87
• 第六章 過渡循環(huán)燃油噴射策略對模式切換過程影響研究87-116
• 6.1 CI向LTC切換過程研究87-105
• 6.1.1 無過渡循環(huán)切換過程研究87-90
• 6.1.2 過渡循環(huán)研究總原則90-91
• 6.1.3 單過渡循環(huán)兩段噴射策略研究91-100
• 6.1.4 雙過渡循環(huán)兩段噴射策略研究100-105
• 6.2 LTC向CI切換過程研究105-114
• 6.2.1 直接切換過程研究106-109
• 6.2.2 噴油策略調節(jié)下的切換過程對比研究109-114
• 6.3 本章小結114-116
• 第七章 全文總結與展望116-119
• 7.1 全文總結116-117
• 7.2 工作展望117-118
• 7.3 創(chuàng)新點說明118-119
• 參考文獻119-125
• 致謝125-126
• 攻讀學位期間發(fā)表或錄用的論文及獲得的專利126-129

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1 湯冬梅;燃油噴射技術發(fā)展趨勢[J];機械制造與自動化;2002年04期

2 鄒明;李本R，

本文編號：600519