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原文传递多缸汽油HCCI发动机燃烧及排放特性的试验研究

论文题名：	多缸汽油HCCI发动机燃烧及排放特性的试验研究
关键词：	均质压燃;混合动力;四缸汽油机;负荷拓展;HCCI燃烧模式;排放特性
摘要：	面对日益严重的能源危机与环境污染问题，如何进一步提高内燃机热效率、降低有害排放是当今国际车用动力研究的重要课题。HCCI燃烧模式和混合动力技术作为两种高效清洁的动力途径，具有良好的发展前景。　　本文在一台四缸汽油机上进行一系列的改造设计，通过提高压缩比和利用废气加热进气的方式实现HCCI燃烧。为使HCCI发动机与混合动力系统能够有效结合，本文通过提高发动机压缩比的办法拓展了汽油机HCCI负荷范围，并考察了压缩比对汽油HCCI发动机燃烧与排放特性的影响。在此基础上，本文进一步研究了进气温度、冷却液、EGR率、进气压力等因素对负荷拓展后汽油HCCI发动机燃烧与排放的影响，寻找控制改进HCCI燃烧的方法。随后，本文将汽油HCCI发动机与串联式混合动力系统结合，搭建一个全新的汽油 HCCI发动机混合动力台架，试验分析其经济性，研究探索更加高效清洁的动力模式。　　研究结果表明，提高压缩比可以有效拓展 HCCI发动机的运行负荷范围。在负荷拓展中，缸内最大压力升高率限制了发动机高负荷拓展，而燃烧循环变动则限制了其低负荷拓展。压缩比提高后，发动机动力性、经济性提高，且 HCCI燃烧对进气温度的要求降低，但压缩比提高后爆震倾向增大，对汽油机可靠性要求更高。在 HCCI燃烧模式下，压缩比提高有效降低HC和NOx排放，但CO排放略有升高。　　随着进气温度、冷却液温度升高，发动机缸内压力及温度上升，CO和HC排放下降，缸内循环变动有减小的趋势。但进气温度、冷却液温度过高会导致爆震，而过低则可能失火。因此，合适的冷却液温度及进气温度对燃烧稳定性非常重要。进气压力增大可以使发动机动力性显著升高，但过高的进气压力容易使发动机爆燃。结合进气增压与EGR，有利于拓展发动机高负荷运行范围。随着EGR率的增大，发动机缸内压力温度下降，缸内压升率降低，燃烧持续期延长，可以降低发动机爆燃趋势，同时也可显著降低NOx的排放。随着EGR率的增大，发动机循环变动增大，不利于发动机稳定运行。研究结果同时表明，HCCI燃烧缸间循环变动较大，1,4缸的循环变动大于2,3缸的循环变动，且随着EGR率的增大，缸间变动差异增大。　　在 HCCI发动机混合动力台架试验中，本文主要采用开关式控制策略并选用NEDC工况进行试验研究。结果表明，两种动力模式结合后，有更大的节能减排潜力，HCCI混合动力系统能够在NEDC工况下实现5.56 L/100km的油耗，相比SI模式混合动力系统和原机分别降低11.3％和22%的燃油消耗率。在ECE城市工况下，HCCI混合动力系统5.85 L/100km的燃油消耗率，相比SI模式下6.99 L/100km的燃油消耗率，降低了16.3%。由此可见，将HCCI燃烧与混合动力系统结合后，经济性进一步提高，排放降低。
作者：	张开强
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	黄震
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文