基于全可变气门机构的GCI低负荷燃烧稳定性研究

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为了应对能源危机以及日益严格的油耗法规,汽油压燃(GCI)得以重视和发展。GCI是由均质充量压燃(HCCI)方式发展而来,不仅具备HCCI的高效率、低NOx和PM排放的特点,还具有燃烧相位可控性好的优点。但是,GCI发动机在低负荷区域存在的燃烧不稳定问题,成为限制其发展应用的障碍之一。  发动机缸内废气再循环(EGR)对GCI的低负荷燃烧稳定性具有明显作用,全可变气门机构可以实现负气门重叠(NVO)的配气方式,对内部EGR率在较大范围内进行调节。因此,本文首先开发了一套电液式全可变气门机构(EHVVA),利用LMS AMESim建立该机构的仿真模型,研究系统参数对气门运动性能的影响,选择了较为合理的系统参数值。采用单向节流阀进行机构的落座缓冲,并采用遗传算法进行节流参数的仿真优化,优化后气门落座速度降至0.07m/s。  然后在此基础上搭建了电液式全可变气门机构试验台,并与试验发动机匹配,开展机构的性能试验。结果表明,试验结果与仿真结果很好地吻合,系统参数仿真设计有效。系统液压力对气门升程改变规律明显,可以作为气门升程调节的有效方式;气门正时随电磁阀信号脉宽输入线性变化,电磁阀信号输入可以作为气门正时调节的有效方式。并在发动机1500r/min、负气门重叠条件下对系统液压力及电磁阀输入信号进行了标定。  最后,在负气门重叠的配气方式下,开展了不同内部EGR率及喷油策略下GCI燃烧稳定性研究。首先分别采用单次喷射和两次喷射的方式进行 GCI燃烧性能试验。结果表明,两次喷射时喷油时刻对GCI的燃烧循环变动(COV-IMEP)影响较小,内部EGR率的影响更大;单次喷射时喷油时刻与内部EGR率对燃烧循环变动的影响相当,而当量比变化范围窄,影响相对较小。进一步地,在单次喷射下进行稀薄燃烧,研究了 GCI的低负荷燃烧稳定性。结果表明,随着内部EGR率的增大,实现GCI低负荷稳定燃烧的当量比范围逐渐减小,喷油时刻逐渐提前。最终在内部 EGR率20%、当量比3、喷油时刻22°CA BTDC时实现IMEP为1.78bar、循环变动COV-IMEP达到4.37%的稳定燃烧。  综上所述,较低的内部EGR率对缸内充量和温度均匀性调节适中,可以实现较大当量比、较宽喷油时刻范围内的GCI低负荷稳定燃烧。
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