基于冷热EGR耦合与两段燃油喷射控制的柴油低温燃烧研究

发布时间：2017-07-31 18:32

  本文关键词：基于冷热EGR耦合与两段燃油喷射控制的柴油低温燃烧研究

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【摘要】：低温燃烧作为一种高效清洁的技术,是近年来发动机燃烧研究领域的热点之一。但是,由于低温燃烧缺乏直接的燃烧控制手段,所以其燃烧过程及模式切换过程的控制一直是研究的难点。本文提出了采用两段燃油喷射以及EGR率与温度的耦合控制来实现低温燃烧油气混合和燃烧过程控制的研究思路。开展了两段燃油喷射参数对LTC燃烧、性能和排放等参数影响的研究;探讨了冷热EGR双回路系统对EGR率与进气温度的控制作用;耦合冷热EGR和两段燃油喷射,研究了稳态工况下优化控制策略;针对LTC、CI燃烧模式的相互切换过程,开展了瞬态过程控制研究,提高了切换过程平顺性并抑制了瞬态HC排放突变。首先,在HC浓度分布试验平台上进行了两段喷射瞬态HC浓度分布试验,揭示了喷射段数和喷射间隔等参数对燃油雾化充分性和均匀性的影响规律,获得了以浓度值大小和均匀性权衡考虑,并结合实际发动机上运行时的限制等条件的优化喷油策略是两段喷射结合喷射间隔中间值。在此基础上,在实际发动机台架上研究了两段燃油喷射对LTC燃烧、性能和排放的影响,揭示了两段喷射间隔、喷射时刻和喷射比例等对低温燃烧过程及排放的影响规律。以燃油消耗率和NOx排放为主要评价基准,确定了两段燃油喷射参数的控制策略。其次,设计并建立了LTC燃烧冷热EGR双回路发动机试验平台。在建立的冷热EGR双回路发动机台架上,引入了EGR率和进气温度协同控制的方法,通过冷EGR阀、热EGR阀和背压阀的协同控制,实现了EGR率与进气温度的精确控制。进行了EGR率与进气温度单因素变化对LTC燃烧和排放的影响研究。结果表明低转速时等EGR率条件下,进气温度的升高对油气混合的促进作用大于气量减少的不利作用。获得了不同工况下的EGR控制策略:在低转速低负荷工况下,应引入较高温度的少量EGR,促进燃油的蒸发雾化;在高转速下则引入大EGR率的冷却EGR,实现对燃烧相位的控制。然后,将两段喷射和EGR手段耦合,在冷热EGR双回路试验台架上,试验研究了EGR作用下的两段喷射油量比变化对燃烧和排放的影响。揭示了第二段喷射油量越大,EGR推迟燃烧以及使第二段油量更充分雾化蒸发效果越明显,并确定了EGR与两段喷射的耦合控制策略。最后,针对LTC与CI燃烧模式切换过程,开展了IMEP平顺性及瞬态HC排放控制研究。针对CI-LTC切换过程,提出了两个过渡循环内两段喷射脉宽比例调节的策略,降低了循环波动率,同时避免了切换初期输出功率大幅下降问题。针对LTC-CI切换过程,发现了低转速下切换后HC峰值现象,提出了五个油量调节循环内逐渐递增的单段喷射策略,既消除了瞬态HC峰值现象,又降低了IMEP循环波动率。
【关键词】：低温燃烧 多段喷射 冷热EGR 协同控制 模式切换
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 常用符号缩写表7-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 引言11-12
• 1.2 低温燃烧理论介绍12-14
• 1.3 柴油低温燃烧研究现状14-23
• 1.3.1 低温燃烧控制手段14-17
• 1.3.2 柴油低温燃烧实现方式17-18
• 1.3.3 燃烧模式切换研究现状18-21
• 1.3.4 柴油低温燃烧HC排放研究现状21-23
• 1.4 柴油低温燃烧应用面临的主要问题23-24
• 1.5 本课题的研究意义和内容24-26
• 第二章 试验系统设计与开发26-38
• 2.1 气缸HC浓度分布试验台架的设计与搭建26-29
• 2.2 柴油LTC冷热EGR双回路单缸发动机试验系统29-32
• 2.3 冷热EGR双回路系统设计与开发32-34
• 2.3.1 EGR阀的设计与控制33
• 2.3.2 热EGR回路设计33-34
• 2.3.3 冷EGR回路设计34
• 2.4 发动机试验台架控制和采集系统34-37
• 2.4.1 控制系统模块34-36
• 2.4.2 数据监控及采集模块36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 两段燃油喷射参数对燃烧和排放的影响研究38-62
• 3.1 两段喷射瞬态HC浓度分布趋势研究38-43
• 3.1.1 两段喷射HC浓度空间分布研究39-41
• 3.1.2 喷射段数及喷射间隔变化对HC浓度空间分布的总体影响研究41-43
• 3.2 两段喷射时刻对燃烧、性能和排放的影响43-55
• 3.2.1 两段喷射时刻对燃烧和性能的影响44-51
• 3.2.2 两段喷射时刻对排放的影响51-55
• 3.3 两段喷射比例对燃烧、性能和排放的影响55-60
• 3.3.1 两段喷射比例对燃烧和性能的影响55-59
• 3.3.2 两段喷射比例对排放的影响59-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 冷热EGR对LTC燃烧及排放影响的试验研究62-75
• 4.1 阀门开度对EGR率及进气温度的影响62-66
• 4.2 等EGR率下进气温度对LTC燃烧及排放的影响66-70
• 4.2.1 进气温度变化范围研究66-67
• 4.2.2 等EGR率下的进气温度对燃烧和排放的影响67-70
• 4.3 等进气温度下EGR率对LTC燃烧及排放的影响70-72
• 4.4 EGR率与进气温度协同配合下的优化IMEP输出72-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第五章 EGR与两段燃油喷射耦合控制试验研究75-87
• 5.1 EGR作用下两段喷射对燃烧的影响研究75-80
• 5.2 EGR作用下两段喷射对排放的影响研究80-82
• 5.3 EGR与两段喷射耦合优化策略研究82-85
• 5.3.1 优化参数确定及优化总原则82-83
• 5.3.2 综合策略优化过程83-85
• 5.4 本章小结85-87
• 第六章 过渡循环燃油喷射策略对模式切换过程影响研究87-116
• 6.1 CI向LTC切换过程研究87-105
• 6.1.1 无过渡循环切换过程研究87-90
• 6.1.2 过渡循环研究总原则90-91
• 6.1.3 单过渡循环两段喷射策略研究91-100
• 6.1.4 双过渡循环两段喷射策略研究100-105
• 6.2 LTC向CI切换过程研究105-114
• 6.2.1 直接切换过程研究106-109
• 6.2.2 喷油策略调节下的切换过程对比研究109-114
• 6.3 本章小结114-116
• 第七章 全文总结与展望116-119
• 7.1 全文总结116-117
• 7.2 工作展望117-118
• 7.3 创新点说明118-119
• 参考文献119-125
• 致谢125-126
• 攻读学位期间发表或录用的论文及获得的专利126-129

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本文编号：600519