射流控制柴油预混合压缩着火系统研究

发布时间：2017-03-30 10:09

  本文关键词：射流控制柴油预混合压缩着火系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：预混合压燃发动机综合了柴油机和汽油机的优点,可实现高效、NOx和PM的超低排放,而着火相位控制一直是预混合压燃实用化的难点。为了实现直接控制柴油预混合气压缩着火相位,本文提出并开发了射流控制压缩着火(Jet Controlled Compression Ignition, JCCI)燃烧系统,利用点火室内燃烧产生的射流触发缸内柴油预混合气着火。 开发了基于CF186FA单缸柴油机的JCCI原理样机,确定了JCCI燃烧系统点火室的设计准则,并以此设计了点火室及气体燃料供给系统,完成了点火室在缸盖上的布置。将活塞顶形状由深ω形改造为适宜于预混合燃烧的浅盆形,并降低几何压缩比。采用高扰动喷油嘴结合早喷策略,用于形成分布均匀的柴油预混合气。基于CompatRIO平台搭建了JCCI发动机测控系统,编写了基于曲轴转角的喷气阀控制与点火控制程序,运用状态机和生产-消费的结合实现了喷气、点火与缸压采集的相位同步控制与测量,并采用Lab VIEW和Matlab混合编程方法开发了离线燃烧分析系统。 JCCI发动机实验结果表明：在大多数工况范围内,JCCI发动机的CA10和CA50与点火正时成线性关系,且滞燃期对负荷并不敏感,表明主燃室内柴油预混合气在射流进入前没有发生自燃,之后的着火主要受点火室内的射流影响,可以通过点火正时实现柴油预混合气着火相位的主动控制。在满负荷工况附近,由于压缩比不够低,缸内温度较高,滞燃期较短,柴油预混合气可被压燃,柴油预混合气的着火主要受缸内热力学条件影响。在没有进气增压和EGR的前提下,采用机械供油系统JCCI发动机的NOx和烟度排放均比原柴油机降低较多,最大降幅均超过90%。 JCCI发动机数值模拟结果表明：点火室内的火焰在经过点火室与主燃室的小喷孔后,基本发生了淬熄,之后围绕淬熄后的高温活性基射流附近的柴油预混合气首先着火。主燃室内没有明显的火焰传播,而以类似多点自燃的方式发生,燃烧温度低,NO生成量较少。 将机械燃油喷射系统改装为电控高压共轨燃油喷射系统,进行了初步实验,结果表明：在较高负荷,NOx降幅超过90%,烟度排放几乎为零；在高负荷,NOx降幅接近80%,烟度排放仍维持在极低的水平,且热效率略高于原柴油机。
【关键词】：点火室 柴油预混合 射流 压缩着火
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP67;TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• TABLE OF CONTENTS10-13
• 图目录13-18
• 表目录18-19
• 主要符号表19-21
• 1 绪论21-45
• 1.1 研究背景与问题提出24-27
• 1.2 国内外相关研究工作进展27-43
• 1.2.1 缸内温度控制方式27-31
• 1.2.2 缸内燃油活性控制方式31-36
• 1.2.3 外部能量激发控制方式36-43
• 1.3 本文主要研究内容43-45
• 2 JCCI概念与系统设计45-61
• 2.1 引言45
• 2.2 JCCI概念45-46
• 2.3 JCCI设计46-60
• 2.3.1 实验发动机选型与改装46-50
• 2.3.2 点火室设计50-59
• 2.3.3 发动机测控与排放测量系统59-60
• 2.4 本章小结60-61
• 3 基于CompactRIO的JCCI发动机测控与燃烧分析系统61-89
• 3.1 引言61-62
• 3.2 JCCI发动机测控系统外围硬件62-68
• 3.2.1 凸轮轴信号测量系统62-63
• 3.2.2 曲轴信号测量系统63-64
• 3.2.3 缸压信号测量系统64-65
• 3.2.4 点火系统65-66
• 3.2.5 喷气阀驱动电路66-67
• 3.2.6 抗干扰硬件67-68
• 3.3 基于CompactRIO的控制与缸压采集系统68-84
• 3.3.1 数据采集和控制硬件68-70
• 3.3.2 CompactRIO程序开发流程70
• 3.3.3 发动机控制与缸压采集软件设计70-84
• 3.4 基于缸压的燃烧分析系统84-87
• 3.4.1 缸压曲线处理84-85
• 3.4.2 放热率计算85-86
• 3.4.3 燃烧分析系统程序设计86-87
• 3.5 本章小结87-89
• 4 JCCI发动机燃烧和排放特性研究89-114
• 4.1 引言89
• 4.2 点火正时对JCCI发动机燃烧特性的影响89-95
• 4.3 点火正时对JCCI发动机排放特性的影响95-97
• 4.4 不同负荷下JCCI发动机的燃烧特性97-103
• 4.5 不同负荷下JCCI发动机的排放特性103-105
• 4.6 点火正时和负荷与JCCI发动机燃烧特性的关系105-109
• 4.7 点火正时和负荷与JCCI发动机排放特性的关系109-111
• 4.8 最佳点火正时范围确定111-113
• 4.9 本章小结113-114
• 5 JCCI发动机燃烧过程的数值模拟研究114-128
• 5.1 引言114
• 5.2 CFD模型114
• 5.3 计算网格114-115
• 5.4 边界条件和计算模型115-117
• 5.5 模型验证117-118
• 5.6 数值模拟结果与分析118-127
• 5.6.1 流场分析118-121
• 5.6.2 着火和燃烧特性分析121-126
• 5.6.3 NO分布特征126-127
• 5.7 本章小结127-128
• 6 高压共轨JCCI发动机初步实验研究128-143
• 6.1 引言128
• 6.2 电控高压共轨系统台架设计128-130
• 6.3 电控高压共轨控制系统设计130-137
• 6.3.1 喷油压力控制系统设计131-133
• 6.3.2 燃油喷射控制系统设计133-137
• 6.4 喷油正时对燃烧和排放特性的影响137-141
• 6.5 本章小结141-143
• 7 结论与展望143-146
• 7.1 结论143-144
• 7.2 创新点144-145
• 7.3 展望145-146
• 参考文献146-155
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果155-156
• 致谢156-157
• 作者简介157

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 胡国栋;柴油机燃烧研究的展望[J];大连工学院学报;1982年04期

2 解茂昭;均质压燃(HCCI)发动机数学模拟:进展与挑战[J];大连理工大学学报;2004年02期

3 吉丽斌;吕兴才;马骏骏;黄震;;异辛烷/柴油双燃料分层充质压缩着火燃烧的试验研究[J];内燃机工程;2008年05期

4 王建昕,蒋恒飞,王燕军,何邦全,田辛;汽油均质混合气柴油引燃(HCII)燃烧特性的研究[J];内燃机学报;2004年05期

5 马少陆;二次平滑数字滤波[J];热能动力工程;1991年01期

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本文编号：276844