确保柴油机低温燃烧的气缸充气控制技术分析

确保柴油机低温燃烧的气缸充气控制技术分析

合适的气缸充气技术能使发动机内形成高度均匀、稀释、稀薄的缸内混合气体，降低发动机燃烧火焰的温度。低温燃烧（LTC）能够同时减少柴油机中NOx和碳烟的排放。但低温燃烧需要进气升压控制、废气再循环（EGR）和喷油控制的多种控制系统的复杂协调。此外，在新型燃烧概念中，将进气口喷射的柴油部分或完全用低反应性乙醇燃料替代的气缸充气技术更复杂。研究利用的测试平台能够独立地控制进气升压、EGR率和喷油量。采用柴油直喷和柴油乙醇进气口直喷相结合方法评估控制变量对发动机的影响。在不同发动机载荷下，通过数据分析建立使用一种或两种燃油对发动机进行稳定操作的控制策略。从升压、EGR、燃料类型以及加油策略方面分析发动机燃烧模式的灵敏度。采用仿真模拟与试验共同评价LTC的3种燃烧模式的工作要求及工作区域。通过试验数据和仿真模拟建立空燃比、EGR率、增压水平、缸内氧浓度和负荷水平之间的关系。

仿真和试验结果表明，每种燃烧模式都具有相似的NOx和碳烟排放性能。每种燃烧模式在升压、EGR率和燃烧策略方面都有以下不同的控制要求。①HCCI模式的多点柴油喷射受EGR浓度的限制，不能使发动机具有较早的燃烧相位和较高的高压上升率。在这种模式下，负荷的增加受到EGR循环过程和气缸峰值压力处氧含量的限制。②通过逐渐增加EGR率，能够实现发动机的单点喷射柴油低温燃烧模式。当EGR率较高时，氮氧化物-碳烟的排放都减少。在这种模式下，负荷的增加受峰值碳烟排放和峰值升压的限制。③双燃料低温燃烧试验是乙醇在进气口喷射和缸内直喷两种燃料进行的。此时，在EGR率较低的情况下也能排放较少的氮氧化物和碳烟。该模式下，通过增加进气口喷射燃油量能够提高发动机负荷。此外，负荷的增加还受氧含量和峰值缸内压力的限制。④试验分析和仿真表明，固定升压和EGR率下，每种燃烧模式的稳定操作受发动机操作的限制。

刊名：Journal of Engineering for Gas Turbines and Power（英）

刊期：2014年第136期

作者：Prasad Divekar et al

编译：赵唤