柴油传统燃烧与低温燃烧模式转换过程进气迟滞与燃烧迟滞耦合效应与控制研究

Combustion mode transition is an effective way to solve the narrow operating range problem of low-temperature combustion. However, in the combustion mode transition process, multi-parameter step change and the multiple control means have different response times, resulting in changes of combustion boundary parameters. Combustion, emissions and operational stability deteriorate. These issues are one of the bottlenecks that hinder the low-temperature combustion technology become practical..Because there are EGR lag problems in combustion mode transition process, this project proposes a new transient EGR rate and EGR temperature decoupling control method, in order to achieve the exhaust rate and temperature control and improve combustion stability in the transition process. Considering the control of boundary parameters in combustion mode transition process, the project will carry out the EGR rate and intake air temperature hysteresis coupling mechanism research under the condition of long-span step change of EGR, in order to obtain the effect rules of combustion phase, emissions and stability. This project will research the effects of hot and cold EGR proportion on the exhaust gas ratio and temperature lag characteristics, and get the EGR rate and temperature decoupling control method based on multi-valve control. This project will study the effects of fuel injection parameters and EGR parameters on the stability in the combustion mode transition process, and achieve the cooperative control method of fuel injection and EGR. The research result will provide a theoretical basis for achieving stable combustion mode transition process, and lay the foundation to make dual diesel combustion mode technology practical.

燃烧模式转换是解决低温燃烧运行范围窄的有效途径之一。但是，燃烧模式转换过程存在多因素阶跃变化，控制参数响应时间不同、燃烧边界参数偏离等问题，导致燃烧与排放恶化、平顺性差，是阻碍低温燃烧技术实用化的瓶颈之一。.针对大跨度EGR阶跃引起的进气迟滞与燃烧迟滞耦合效应，本项目提出一种燃烧模式转换过程燃油喷射与EGR协同控制方法，满足瞬态过程低温燃烧边界条件需求，实现平顺转换。围绕燃烧模式转换过程燃烧边界参数控制，研究大跨度EGR阶跃条件下进气迟滞与燃烧迟滞耦合作用机制，基于循环描述燃烧相位、排放和平顺性的影响规律；研究冷热EGR比例和总废气量对进气条件的影响规律，建立基于多阀协同控制的进气温度与废气率控制方法；研究燃油喷射参数与EGR参数协同控制对燃烧模式转换过程燃烧与排放特性的影响，实现平顺转换。本项目研究将为实现燃烧模式转换过程稳定控制提供理论依据，进而为双燃烧模式柴油机的实用化奠定基础。

本基金项目针对柴油低温燃烧与传统燃烧切换控制的热点问题，采用燃油早喷结合大EGR开展了燃烧模式转换过程中燃烧与排放控制研究。建立了新型单缸柴油机，实现了多参数协同控制，基于试验，探明了冷热EGR耦合对进气温度以及EGR率影响，研究了EGR阶跃条件下的进气迟滞与燃烧迟滞耦合效应，获得了基于燃油补偿喷射与冷热EGR协同控制的模式转换过程IMEP平顺性控制方法。得到的主要结论如下：.（1）冷热EGR双回路控制对进气温度以及EGR率影响试验表明：等进气温度下，随着EGR率的升高，燃烧始点和放热率峰值点推迟，放热率峰值下降，缸内最高平均温度下降，HC和CO排放增大，NOx排放下降，烟度先升高后下降；等EGR率下，随着进气温度升高，低转速条件下，IMEP先增大后减小，而高转速条件下，IMEP单调下降，低转速下，进气温度升高对燃烧的促进作用大于进气量减少的抑制作用。.（2）EGR阶跃条件下的进气迟滞与燃烧迟滞耦合效应研究表明，在燃烧模式切换过程中EGR稳定时间滞后于喷油变化， CI-LTC切换过程，EGR率表现出循环间耦合现象、上升过程中波动明显，EGR率稳定需要22个循环时间；LTC-CI切换过程，EGR率下降过程迅速，约为5个循环时间。EGR延迟对切换过程平顺性具有显著影响，切换初期，EGR率与稳态值偏离20%以上，导致切换后首循环缸内压力显著增大；切换中期EGR率波动上升，缸内燃烧状况波动导致IMEP逐渐下降；切换后期EGR率稳定在40%，发动机运行在较为稳定的LTC模式。通过减少EGR延迟，可以改善模式切换过程中IMEP及燃烧参数波动的问题，在负荷上限CI-LTC切换过程中，提前5个燃烧循环预开启EGR阀，能够使IMEP波动率降低为3.17%，较直接切换下降了75.3%。.（3）基于燃油喷射与冷热EGR协同控制的模式转换过程IMEP平顺性研究表明，CI-LTC切换过程油量调节采用两个过渡循环内两段喷射策略优于一个过渡循环策略。每个过渡循环内第一段和第二段喷射比例需与该循环缸内热氛围匹配。通过切换过程燃油与EGR协同控制，显著降低了切换过程的IMEP循环波动率和瞬态HC排放。