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《上海交通大学》 2012年
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基于OKP技术汽油HCCI发动机燃烧特性及负荷拓展的试验研究

张旭洲  
【摘要】:面对能源形势和环境保护的双重挑战,提高发动机热效率和降低排放已经成为一条主要的应对途径。均质充量压缩燃烧(HCCI)作为可能替代传统燃烧模式的第三种发动机清洁高效燃烧模式表现出了极大的潜力。但是HCCI也面临着自身的挑战,即着火相位控制和负荷拓展问题,其中优化动力技术(OKP)作为一种实现汽油发动机HCCI燃烧的技术手段,在这两个方面体现出了一定的优势。因此,基于OKP技术对汽油HCCI发动机的燃烧特性和负荷拓展进行了试验研究。 基于OKP技术原理,对一台商用1.5L四缸汽油发动机进行了改造,同时完成了试验台架其它系统的设计和搭建,实现了稳定的汽油HCCI燃烧。为了研究汽油HCCI的燃烧特性,统计分析了在不同SI-HCCI切换点、SI和HCCI模式相同负荷下缸内和缸间的循环变动特点,同时分析了限制HCCI向大负荷拓展的限制条件和解决方式。结果表明:在1400rpm时,切换点负荷适当的增大可以使切换后HCCI燃烧更为平稳;同样负荷下HCCI各燃烧参数的循环变动显著小于SI的,平均指示压力(IMEP)缸内循环变动小于2.5%,缸间循环变动小于3%;HCCI模式时,各缸之间的燃烧存在着规律性的差异。 探索了基于纯OKP技术时HCCI燃烧的负荷范围,讨论了表征HCCI负荷上边界和下边界的参数。考察了废气再循环(EGR)和增压(Boost)对发动机HCCI燃烧特性的影响。试验表明:单独增大EGR率,燃烧相位推迟,燃烧持续期延长,而CO和HC的排放随着EGR率的增加显著增加;而在空燃比基本不变的情况下,单独提高进气压力,燃烧相位提前,燃烧持续期缩短,CO和HC的排放随着增压压力提高有所较小。EGR和增压时NOx排放均处于较低水平。 结合EGR和增压对HCCI负荷范围进行了拓展,结果表明HCCI负荷向低负荷和高负荷均得到了拓展,某些转速下已经达到了原机相应负荷的60%左右,燃烧效率远高于汽油发动机,有效燃油消耗率最低达到了230g/kW.h,NOx排放基本上处于极低的水平(60ppm),CO和HC的排放有所升高。 最后分析了负荷拓展后燃烧参数的分布情况,发现如果提高发动机的强度可以进一步拓展HCCI的负荷范围。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK401

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