確保柴油機低溫燃燒的氣缸充氣控制技術分析

確保柴油機低溫燃燒的氣缸充氣控制技術分析

合適的氣缸充氣技術能使發動機內形成高度均勻、稀釋、稀薄的缸內混合氣體，降低發動機燃燒火焰的溫度。低溫燃燒（LTC）能夠同時減少柴油機中NOx和碳煙的排放。但低溫燃燒需要進氣升壓控制、廢氣再循環（EGR）和噴油控制的多種控制系統的復雜協調。此外，在新型燃燒概念中，將進氣口噴射的柴油部分或完全用低反應性乙醇燃料替代的氣缸充氣技術更復雜。研究利用的測試平臺能夠獨立地控制進氣升壓、EGR率和噴油量。采用柴油直噴和柴油乙醇進氣口直噴相結合方法評估控制變量對發動機的影響。在不同發動機載荷下，通過數據分析建立使用一種或兩種燃油對發動機進行穩定操作的控制策略。從升壓、EGR、燃料類型以及加油策略方面分析發動機燃燒模式的靈敏度。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域。通過試驗數據和仿真模擬建立空燃比、EGR率、增壓水平、缸內氧濃度和負荷水平之間的關系。

仿真和試驗結果表明，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，不能使發動機具有較早的燃燒相位和較高的高壓上升率。在這種模式下，負荷的增加受到EGR循環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，能夠實現發動機的單點噴射柴油低溫燃燒模式。當EGR率較高時，氮氧化物-碳煙的排放都減少。在這種模式下，負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氣口噴射和缸內直噴兩種燃料進行的。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，通過增加進氣口噴射燃油量能夠提高發動機負荷。此外，負荷的增加還受氧含量和峰值缸內壓力的限制。④試驗分析和仿真表明，固定升壓和EGR率下，每種燃燒模式的穩定操作受發動機操作的限制。

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