基于燃油喷射参数的预混压燃发动机燃烧及排放特性研究

【摘要】压燃式发动机以其较高的热效率和良好的动力性，同时具有较低的CO2排放而受到各国研究者的普遍关注。压燃式发动机燃烧过程和排放直接受到燃烧室内燃油与空气的空间与时间分布状况影响，而油气混合的状况与燃油喷射参数息息相关。燃油喷射参数是燃烧边界条件的一部分，因此燃油喷射参数的优化是实现优化燃烧进程，降低NOx和Soot等排放不可缺少的手段之一。本研究基于CAN通讯协议，自行设计开发了发动机燃油喷射参数实时控制系统。利用该控制系统试验研究了燃油喷射参数对压燃式发动机燃烧及排放的影响规律。本研究主要基于一台匹配电控高压共轨、增压中冷的压燃式发动机进行，试验研究了喷油压力、主喷时刻、预喷时刻及预喷量等燃油喷射参数对预混压燃发动机燃烧及排放的影响，分析了多参数调整对优化压燃式发动机缸内燃烧过程以及排放性及经济性的影响程度。在此基础上，本研究针对汽油/柴油混合燃料研究了燃料特性与燃油喷射参数耦合对压燃式发动机预混合压缩着火燃烧过程的影响，探索燃料特性与燃油喷射参数协同控制实现压燃式发动机高效清洁预混合压缩着火燃烧的潜力。研究结果表明：（1）提高喷油压力能够改善缸内油气混合过程，缩短燃烧持续期，有利于提高燃烧定容性。同时，有助于增大预混合燃烧量，降低排气烟度。但过高的喷油压力会导致HC及CO等未完全燃烧产物增加，发动机经济性下降。（2）主喷时刻对预混合燃烧过程影响较为明显，随主喷时刻提前，预混合燃烧量显著增加。同时主喷时刻与CA50存在较好的线性对应关系，能够利用CA50进一步评价主喷时刻对燃烧及排放的影响。指示热效率则随主喷时刻提前先增大后减小，并在CA50位于3°CAATDC附近时达到最大值。（3）预喷时刻对燃烧的影响主要取决于预喷燃油的燃烧，通过配合主喷提前，能够保证预喷燃油在主喷着火前于缸内初步形成一定的预混合气，增大预混合燃烧量。但预喷时刻过早不仅对预混合燃烧量增加影响不大，且会导致热效率的降低。（4）在预喷时刻较早的情况下，由于预喷燃油未能在主喷着火前燃烧，增大预喷量有利于进一步增大预混合燃烧量，但会导致CO等未完全燃烧产物的增加，热效率略有降低。因此，在优化预喷时刻的基础上，增大预喷量可以作为提高预混合燃烧量的有效途径。（5）在更大的负荷工况下，通过采用汽油/柴油混合燃料，能够改善燃料的挥发性，降低十六烷值，有利于从燃料的角度进一步增大预混合燃烧量。虽会导致NOx排放增加，但对热效率的影响不大。综上所述，本研究通过调整压燃式发动机喷油压力、主射时刻、预喷时刻、预喷量等燃油喷射参数，获得了实现提高压燃式发动机预混合燃烧量的燃油喷射系统优化参数。此外，通过燃油喷射参数与燃料特性的协同控制，提出了进一步改善预混合燃烧过程的方式及方法，为深入探索实现高效清洁燃烧模式提供一定的理论及实践指导。
【作者】孙士龙；
【导师】孙万臣；
【作者基本信息】吉林大学，动力工程，2014，硕士
【关键词】压燃式发动机；燃油喷射；预混合压缩着火燃烧；燃烧特征参数；排放特性；

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