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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中文摘要：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。

作者：

孙祐成

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关键词：

汽车柴油机低温燃烧冷热EGR耦合协同控制模式切换

授予学位：

博士

学科专业：

动力机械及工程

导师：

邓康耀

学位年度：

2015

学位授予单位：

上海交通大学

语种：

中文

中图分类号：