確保柴油機(jī)低溫燃燒的氣缸充氣控制技術(shù)分析

合適的氣缸充氣技術(shù)能使發(fā)動機(jī)內(nèi)形成高度均勻、稀釋、稀薄的缸內(nèi)混合氣體，降低發(fā)動機(jī)燃燒火焰的溫度。低溫燃燒（LTC）能夠同時減少柴油機(jī)中NOx和碳煙的排放。但低溫燃燒需要進(jìn)氣升壓控制、廢氣再循環(huán)（EGR）和噴油控制的多種控制系統(tǒng)的復(fù)雜協(xié)調(diào)。此外，在新型燃燒概念中，將進(jìn)氣口噴射的柴油部分或完全用低反應(yīng)性乙醇燃料替代的氣缸充氣技術(shù)更復(fù)雜。研究利用的測試平臺能夠獨立地控制進(jìn)氣升壓、EGR率和噴油量。采用柴油直噴和柴油乙醇進(jìn)氣口直噴相結(jié)合方法評估控制變量對發(fā)動機(jī)的影響。在不同發(fā)動機(jī)載荷下，通過數(shù)據(jù)分析建立使用一種或兩種燃油對發(fā)動機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定操作的控制策略。從升壓、EGR、燃料類型以及加油策略方面分析發(fā)動機(jī)燃燒模式的靈敏度。采用仿真模擬與試驗共同評價LTC的3種燃燒模式的工作要求及工作區(qū)域。通過試驗數(shù)據(jù)和仿真模擬建立空燃比、EGR率、增壓水平、缸內(nèi)氧濃度和負(fù)荷水平之間的關(guān)系。

仿真和試驗結(jié)果表明，每種燃燒模式都具有相似的NOx和碳煙排放性能。每種燃燒模式在升壓、EGR率和燃燒策略方面都有以下不同的控制要求。①HCCI模式的多點柴油噴射受EGR濃度的限制，不能使發(fā)動機(jī)具有較早的燃燒相位和較高的高壓上升率。在這種模式下，負(fù)荷的增加受到EGR循環(huán)過程和氣缸峰值壓力處氧含量的限制。②通過逐漸增加EGR率，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)的單點噴射柴油低溫燃燒模式。當(dāng)EGR率較高時，氮氧化物-碳煙的排放都減少。在這種模式下，負(fù)荷的增加受峰值碳煙排放和峰值升壓的限制。③雙燃料低溫燃燒試驗是乙醇在進(jìn)氣口噴射和缸內(nèi)直噴兩種燃料進(jìn)行的。此時，在EGR率較低的情況下也能排放較少的氮氧化物和碳煙。該模式下，通過增加進(jìn)氣口噴射燃油量能夠提高發(fā)動機(jī)負(fù)荷。此外，負(fù)荷的增加還受氧含量和峰值缸內(nèi)壓力的限制。④試驗分析和仿真表明，固定升壓和EGR率下，每種燃燒模式的穩(wěn)定操作受發(fā)動機(jī)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

編譯：趙喚