负阀重叠喷射柴油HCCI稳态与切换过程HC排放规律研究-论文网

论文摘要：负阀重叠喷射柴油HCCI稳态与切换过程HC排放规律研究-论文网
论文关键词：重叠,喷射,柴油,稳态,切换

（上海交通大学动力机械及工程教育部重点试验室，上海，200240）

摘要：利用瞬态HC排放采集系统和瞬态测控试验平台，对高压共轨电喷柴油机DI与HCCI燃烧模式下和模式间切换过程的燃烧及瞬态HC排放特性及其对切换过程的影响进行了试验研究。研究对比了DI与HCCI模式内及相互切换过程中不同转速，不同负荷对燃烧及瞬态HC排放的影响。试验结果表明，随着转速升高，传热损失减少，有利于燃油蒸发，减少HC排放。而转速不变随着负荷由小到大，首先缸内温度增加促进了燃油蒸发，从而降低了HC排放，而当继续增大时，喷油量继续增加导致了不完全蒸发燃油的增加，从而又使HC排放增加。

关键词：柴油机；HCCI；模式切换；瞬态HC.

1.引言

HCCI燃烧由于其超低NOx和PM排放，燃油消耗率低等优点，近年来越来越受到国内外研究者的重视。但同时，该项技术也面临燃烧难以直接控制，负荷范围小，瞬态工况不稳定，HC，CO排放高等诸多问题。解决上述问题的手段之一便是双模式运行，即中低负荷时运行在HCCI模式，高负荷，冷启动及怠速时运行在DI（或SI）模式。而要实现双模式运行，就不可避免会遇到模式之间的瞬态切换问题。同时我们注意到，瞬态过渡工况在发动机的实际运行中占了相当大的比例，造成的排放污染更严重。因此各国都将瞬态工况测试纳入了排放法规的要求中。而研究DI与HCCI切换过程中瞬态HC变化的，目前国内外还没有详细的研究报道。

本文使用瞬态HC采集系统，在已改造成高压共轨电控喷射的单缸135柴油机上，研究了不同负荷，不同转速下DI与HCCI切换过程中的HC变化规律，研究了其对切换过程控制的影响，为今后的有效控制打下了基础。

2试验装置及方法

试验在已改造成高压共轨电控喷射的单缸135柴油机上进行，发动机参数和试验采用的配气和喷油相位见表1。

表1试验发动机主要技术参数和配气和喷油相位

气缸压力采用Kistler6125B型传感器，输出电荷信号通过Kistler5011型电荷放大器转换成电压信号，然后采集。HC采集使用CambustionHFR500瞬态HC采集系统，响应时间为1.5ms。该系统测量HC浓度的方法是工业上普遍采用的火焰离子检测法(fid)，该方法是测量HC浓度的工业标准方法。HC测点为排气阀出口处。系统简图如下。

图1试验系统简图

本实验为了保证切换前后的燃烧稳定性，采用切换前后保持IMEPn不变。同时考虑到NOx排放的要求，切换中选择的HCCI工况点NOx排放皆为100ppm以下。试验选取了1000rpm，1200rpm和1500rpm三个转速，每个转速下选取高中低3个可稳定切换的负荷点。分别进行DI到HCCI和HCCI到DI的切换，通过高压共轨电控喷油系统改变切换前后的喷油量和喷油始点来控制IMEPn不变，并采集下缸压，瞬态HC，进排气温度和压力等参数。

3试验结果及分析

3.1传统柴油燃烧和HCCI燃烧稳态多工况点总体HC排放对比

由图2可知，总体来看，转速相同，IMEPn相同条件下，HCCI燃烧时的HC值是对应DI燃烧时的4—10倍。其中由于1000rpm时发动机的水温油温低，缸壁温度低，不利于燃油的蒸发，燃油附壁量大，造成HCCI燃烧不充分，未燃油排出比例较高，所以此时HC值是最大的，是对应DI燃烧时的8—10倍，远大于1200rpm和1500rpm。随着转速的升高，缸壁温度升高，热损失减少，缸内热氛围利于燃油的蒸发，未燃油量比例降低，所以HC值也随之减小，1200rpm时HCCI燃烧HC是对应DI燃烧时的7—8倍，随着转速的继续升高，燃烧更充分，所以1500rpm时是对应DI燃烧时的4—6倍。

在DI范围内来看，各个点的HC值都在200ppm以下。虽然总体来看也呈现随转速升高，HC值下降的趋势。但由于是DI燃烧，本身未燃油量比例就很小，HC值相对很小，所以各个点的HC值差距并不明显。

HCCI稳态运行范围内，由于HC值量级大，所以呈现出非常明显的随着转速的升高，HC值减小的趋势。

图2全转速负荷下DI与HCCI燃烧稳态HC

1500rpmIMEPn0.31MPa这一工况点，DI与HCCI都是HC最小的点，此时燃油附壁量最小，燃烧最充分，燃油利用率最高。

3.2切换过程HC排放研究

3.2.1单一工况点切换过程中HC与缸压变化

图3和4表示了1500rpmIMEPn0.33MPa这一工况点HCCI与DI互相切换过程中HC与缸压变化。

由图3可以看出，第65个循环由DI切换到HCCI后，由于HCCI燃烧是多点同时着火的预混合燃烧，所以切换后爆压逐渐增大。但切换的这一循环，喷油量和喷油角度突然改变，缸内热平衡被突然打破，所以燃烧不稳定，导致切换后的几个循环内缸压都会有波动。

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