缸压反馈燃烧状态指标建模与仿真

在分析燃烧闭环控制反馈变量的基础上,利用Matlab/Simulink软件建立了IMEP,CA50计算模型,通过与燃烧分析仪离线计算结果对比,验证了燃烧状态指标模型的计算准确性。在此基础上,通过NI PXIe-6356数据采集板卡采集的缸压传感器电压信号拟合缸压曲线,并计算燃烧状态指标,试验结果表明,IMEP,CA50计算精度能够满足缸压反馈控制的需要。     

柴油机控制用燃烧状态分析单元开发研究

基于MPC5644A单片机开发了新一代的柴油机燃烧状态分析单元:使用曲轴转速信号得到0.2°CA的缸压采集触发信号,实时采集各缸缸内压力信号,并合理分配计算负荷,计算出控制所需的燃烧状态指标。在中型高压共轨柴油机上的试验表明:该基于MPC5644A的柴油机燃烧状态分析单元,能够实时采集缸压信息并计算出瞬时燃烧放热率、累积燃烧放热率、指示平均有效压力和50%放热点等燃烧状态指标,满足基于缸压信息的柴油机控制的要求。     

高压共轨柴油机缸压闭环控制系统开发及试验

针对高压共轨柴油机各缸工作不均匀的问题,以CA4DLD18E5高压共轨柴油机为对象,采用缸压闭环控制技术开发了一套由基础控制器(BC)和缸压闭环快速原型控制器(PRPC)组成的缸压闭环控制系统.PRPC采集各缸的缸压,计算燃烧特征参数IMEP和CA50,按缸压闭环控制策略将各缸修正后的喷油正时和喷油脉宽发送给BC,实现...     

利用以太网的柴油机燃烧分析与控制方法研究

基于开发的燃烧分析工具,利用以太网通信技术,构建了柴油机燃烧分析与控制系统:缸压采集系统每0.2°的曲轴转角采集一次缸压信号,通过以太网的用户报文协议把缸压信息传递给燃烧分析软件;燃烧分析软件计算出燃烧状态指标,通过控制器局域网传递给发动机电控单元;发动机电控单元利用燃烧状态指标进行燃烧闭环控制。在一台1.9L高压共轨柴油机上进行的试验结果表明:该系统能够实时采集缸压并计算燃烧状态指标,能够实现指示平均有效压力和燃烧放热中心的闭环控制。     

船用中速柴油机缸压闭环控制技术仿真研究

针对船用柴油机工作不均匀及循环波动对柴油机性能和振动噪声的负面影响问题,以6L16/24-CR型船用中速柴油机为对象,使用软件在环仿真技术对缸压闭环控制策略进行仿真分析。建立能模拟各缸不均匀性和循环波动的柴油机实时模型,从气缸压力中选取能指示柴油机各缸燃烧状态的反馈变量,根据反馈变量和控制变量之间的动态关系开发缸压闭环控制策略,建立由柴油机实时模型、气缸压力反馈变量、控制策略和喷油控制变量构成的软件在环仿真平台,在该软件在环仿真平台上对缸压闭环控制策略进行闭环仿真。结果表明,开发的缸压闭环控制策略能满足船用柴油机的控制要求,在仿真环境下能改善约99%的各缸不均匀。     

基于燃烧状态反馈的柴油机低温冷起动逐循环控制研究

为改善低温冷起动工况不良燃烧循环,利用CompactRIO控制器开发了燃烧状态反馈系统,实现了缸压采集和燃烧状态参数实时计算及反馈。设计试验探明了不同温度和转速下喷油时刻对CA50（缸内累积放热量达到50%时所对应的曲轴转角）的影响规律,提出了基于燃烧状态反馈的喷油时刻逐循环控制方法,实现了燃烧参数与控制参数的匹配。采用该控制方法后CA50更集中在高效燃烧区间,最高燃烧压力更高且不良燃烧循环得到改善,起动时间平均减少36%,有效改善了柴油机低温冷起动性能。     

低负荷工况下天然气发动机燃烧不稳定性分析

为了揭示过量空气系数φ_a对天然气发动机燃烧不稳定性的影响规律,在低负荷工况下,针对不同φ_a进行试验,利用整个循环缸内压力时间序列的相空间重构和循环变动系数(CCV)、指示平均有效压力(IMEP)和燃烧中点(CA 50)的返回映射、燃烧始点(CA 5)和燃烧终点(CA 90)的分布等对天然气发动机的燃烧不稳定性进行了定性和定量分析．结果表明:天然气发动机的燃烧过程呈现一定的混沌特性,随着φ_a的增加,滞燃期变长,循环变动系数增大,相空间吸引子轨线的分离程度增加,IMEP和CA 50的返回映射点分布越分散,燃烧不稳定性增强,混沌特性增强．并对φ_a影响天然气发动机燃烧不稳定性的原因进行了分析,为改善天然气发动机稀燃稳定性提供了理论依据．     

PCCI结合EGR对柴油机燃烧排放的影响

燃烧过程对发动机的整机性能有着重要的影响,通过调整进气门关闭时刻和提前喷油角度可以实现预混压燃,预混压燃(PCCI)能够很好的控制SOOT的排放,但对降低NOx排放不是很明显,PCCI结合外部EGR可以很好地控制NOx的排放。本文运用三维CFD模型对由4102BZLQ柴油机改造的PCCI进行了数值模拟,分析预混压燃对燃烧排放的影响,针对PCCI中NOx高排放问题加入外部EGR,对比不同EGR率时NOx、CO、HC排放的变化,并分析了可能导致NOx、CO、HC变化的机理。     

射流控制柴油机预混合压缩着火相位和排放研究

为有效控制柴油机预混合压燃着火相位,提出了射流控制压燃(jet controlled compression ignition,JCCI)方法。将一台186F柴油机改装成JCCI发动机,并进行了燃烧相位控制和排放特性试验。结果表明:CA10和CA50在较大的范围内与点火定时呈线性关系,说明在JCCI发动机中可实现对预混合燃烧相位的直接控制;在试验工况下JCCI发动机的NOx排放比原机降低较多,最大降幅超过90%;碳烟排放在低负荷与原机接近,中高负荷降低了92%;CO和THC排放比原机增加较多。     

ISG电机转矩补偿的低温预混柴油机瞬态控制

采用ISG电机进行动态转矩补偿,解决低温预混柴油机瞬态过程动力不足的问题。使用自主的燃烧状态分析单元,采集各缸缸压信号,计算燃烧状态指标,并发送给发动机控制单元。通过控制主喷油量和主喷定时,实现基于平均指示压力和放热中点的双闭环反馈的燃烧闭环控制。利用摩擦转矩增量与最大缸压增量之间的线性关系,进行摩擦转矩预估。利用反馈的平均指示压力、平均泵气压力和预估的平均摩擦压力,预估发动机输出的有效转矩。在转矩预估和燃烧闭环的基础上,进行转矩闭环控制。在发动机和ISG电机间进行转矩分配,在瞬态工况下,由于油量限制导致的转矩不足由ISG电机补偿。试验表明:在低温预混燃烧的瞬态加载工况和燃烧模式切换的瞬态工况下,利用ISG电机进行动态转矩补偿,无碳烟排放恶化状况,系统的转矩跟随效果好。     

船用低速柴油机缸压闭环控制硬件在环仿真技术研究

针对船用低速柴油机各缸和各循环间燃烧不平衡性问题,以6EX340EF型船用低速柴油机为研究对象,使用AVL Cruise M软件开发了具有各缸和各循环间的压力波动功能且满足准确性和实时性要求的仿真模型;结合NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW软件,开发了缸压闭环控制快速原型,通过位置管理模块和缸压采集分析处理模块,从缸压数据中提取平均指示压力和50%燃烧放热量相位作为反馈变量,以喷油正时和喷油脉宽为控制变量,对缸压进行闭环控制;集成实时仿真模型、硬件在环仿真系统和快速控制原型,构成闭环系统。试验验证表明:开发的缸压闭环控制策略能够使燃烧特性参数波动减少50%左右,对各缸和各循环间的燃烧不平衡性均有改善效果。     

喷孔参数对高压共轨船用柴油机燃烧与排放影响的仿真研究

为研究喷孔参数对高压共轨船用柴油机燃烧与排放的影响,应用三维CFD软件对采用3种不同喷孔方案的某船用柴油机燃烧流场和排放进行了数值计算,计算的缸内示功图与实测结果基本吻合.模拟得到了不同喷孔方案下的燃油液滴分布、流场分布、缸内燃烧温度和压力分布,以及NOx和Soot质量分数分布等,同时还得到了油耗与指示功率.对比分析表明:喷孔直径和数目影响燃油雾化和蒸发,影响油气混合质量,进而影响NOx与Soot的排放.通过综合考虑动力性、经济性和环保性,选择喷孔孔数为8、喷孔直径为0.37 mm的喷孔方案为最优方案.     

柴油/汽油反应活性控制压燃发动机喷油协调控制与排放特性研究

对某4缸高压共轨柴油机进气道进行改造,搭建了柴油/汽油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,设计了柴油/汽油双燃料RCCI燃烧汽油喷射控制策略,实现了全工况下汽油与柴油的协调喷射控制,系统地研究了不同运行工况下,不同汽油替代率对柴油机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:采用柴油/汽油双燃料RCCI燃烧控制策略,发动机可在其运行工况范围内实现高效清洁燃烧,随着汽油替代率的增加,发动机缸内最高压力逐渐增大,缸压峰值出现时刻推迟,放热率峰值降低,燃烧持续期延长,燃油消耗率降低,有效热效率升高,全碳氢、CO排放增加,NOx和碳烟排放降低。     

柴油机部分均质预混燃烧模式下混合与化学控制参数对指示热效率的影响

基于部分均质预混燃烧(PPC)的柴油机研究开发和优化了一种混合燃烧控制策略,在平均指示压力(IMEP)高达1.1,MPa的负荷范围内实现了高的指示热效率以及超低排放.燃烧过程中的混合与化学控制参数包括了喷油定时、喷油模式(如多脉冲喷射)、增压压力、EGR率以及进气气门关闭定时等,通过优化耦合以上控制参数可以优化控制当量比与温度的变化路径,从而避开NOx与碳烟(Soot)生成区.基于热力学第一定律,通过能量平衡的分析方法研究了混合与化学控制参数对热效率的影响.研究表明,相对于排放而言,热效率受控制参数的影响更加敏感.     

预测柴油机气缸内火焰辐射传热的一个单区模型

建立了一个以压力示功图为基础来计算柴油机气缸内火焰辐射传热的一个单区模型,利用该模型对一台直喷柴油机气缸内火焰辐射热流量随曲轴转角变化情况进行了计算,并计算结果与实测结果进行了比较,表明该模型能较好预测所缸内火焰辐射传热量,在工程上有应用价值。     

Effects of premixed diethyl ether (DEE) on combustion and exhaust emissions in a HCCI-DI diesel engine

In this study, the effects of premixed ratio of diethyl ether (DEE) on the combustion and exhaust emissions of a single-cylinder, HCCI-DI engine were investigated. The experiments were performed at the engine speed of 2200 rpm and 19 N m operating conditions. The amount of the premixed DEE was controlled by a programmable electronic control unit (ECU) and the DEE injection was conducted into the intake air charge using low pressure injector. The premixed fuel ratio (PFR) of DEE was changed from 0% to 40% and results were compared to neat diesel operation. The percentages of premixed fuel were calculated from the energy ratio of premixed DEE fuel to total energy rate of the fuels. The experimental results show that single stage ignition was found with the addition of premixed DEE fuel. Increasing and phasing in-cylinder pressure and heat release were observed in the premixed stage of the combustion. Lower diffusion combustion was also occurred. Cycle-to cycle variations were very small with diesel fuel and 10% DEE premixed fuel ratio. Audible knocking occurred with 40% DEE premixed fuel ratio. NO_x-soot trade-off characteristics were changed and improvements were found simultaneously. NO_x and soot emissions decreased up to 19.4% and 76.1%, respectively, while exhaust gas temperature decreased by 23.8%. On the other hand, CO and HC emissions increased.     

Numerical Investigation of the Effect of Hydrogen Enrichment on an Opposed-Piston Compression Ignition Diesel Engine

High power-to-weight and fuel efficiency are bounded with opposed-piston compression ignition(OPCI) engine, which makes it ideal in certain applications. In the present study, a dynamic three-dimensional CFD model was established to numerically investigate the combustion process and emission formation of a model OPCI engine with hydrogen enrichment. The simulation results indicated that a small amount of hydrogen was efficient to improve the indicated power owing to the increased in-cylinder pressure. Hydrogen tended to increase the ignition delay of diesel fuel due to both dilution and chemical effect. The burning rate of diesel fuel was apparently accelerated when mixing with hydrogen and premixed combustion became dominated. NO_x increased sharply while soot was sufficiently suppressed due to the increase of in-cylinder temperature. Preliminary modifications on diesel injection strategy including injection timing and injection pressure were conducted. It was notable that excessive delayed injection timing could reduce NO_x emission but deteriorate the indicated power which was mainly attributed to the evident decline of hydrogen combustion efficiency. This side effect could be mitigated by increasing the diesel injection pressure. Appropriate delay of injection coupled with high injection pressure was suggested to deal with trade-offs among NO_x, soot and engine power.     

基于详细化学反应机理的增压二甲醚发动机燃烧与NO_x排放数值研究

使用KIVA-3V对增压柴油机和二甲醚发动机标定功率点的缸内燃烧过程与NOx排放进行了数值模拟研究.研究结果表明:计算所得的气缸压力和放热率曲线与实测值吻合较好.对缸内燃烧的温度分布计算表明:柴油燃烧滞燃期为2.5 °CA左右,二甲醚为1.5 °CA.柴油燃料着火始于喷雾前端两侧,在燃烧初期,其高温区分布在喷雾前端一侧,且在燃烧室内气流作用下沿垂直于喷雾方向扩散;二甲醚的着火点位于喷嘴附近,随喷雾的进行,其燃烧高温区从喷嘴附近一直延伸到喷雾前端,呈现狭长的高温带.在扩散燃烧后期,与柴油相比,二甲醚燃烧温度分布较均匀,且最高温度比柴油低.选用的9步NOx生成机理可较好地预测发动机实际运行中NOx排放水平.