2016年第5期燃油系统
国外内燃机
43
喷油策略对柴油机低温燃烧-传统燃烧模式切换的影响
【韩】B.RohaniS.ParkC.Bae
摘要：低温燃烧（LTC)通常只在低负荷范围内可行，因此在LTC的实际应用中，发动机工作模式应在低负荷的LTC模式与高负荷的传统模式之间频繁来回切换。在此研究了喷油策略对单红重型荣油机模式切换的平稳性和排放的影响。废气再循环(EGR)系统管路由1个可以在单次发动机循环内开关EGR回路的伺服阀控制。频取EGR阀关闭后的10次循环作为过渡期，其间多方改变喷油正时和喷油量(即喷油策略），研究了对指示平均有效压力(IMEP)稳定性和排放的影响。系统研究了 IMEP稳定性，通过改变10次过渡循环中任一循环内的喷油正时和喷油量，观察哪些循环对IMEP 稳定性有显著影响。采用快速火焰电离检测器(FFID)测量碳氢浓度，随着曲轴转角的变化，研究模式切换过程中循环之间EGR，以及排放的变化。结果表明，从LTC模式到传统模式的切换过程中，喷油正时和喷油量平缓的非线性转换是有益的，并且应优先在喷油正时提前和EGR水平高时进行转换。为了使模式切换平稳，应在一些循环内将喷油量减至低于起始水平值。最终获得的喷油策略在稳定性和排放方面有相当大的改善，与简单粗放地转换喷油正时和喷油量的案例相比，整个模式切换中的IMEP变化系数降低了8%，碳氢排放降低了41%。
关键词：低温燃烧传统燃烧模式切换喷油策略碳氢排放
0前言
柴油机由于其高燃油效率和高输出功率而广泛用于道路和非道路领域。然而，传统的柴油燃烧状况受控于满流扩散情况，不可避免地形成高温区域，生成大量的氮氧化物（NO,）。由于喷雾内局部富集和高温并存，柴油机生成的碳烟量也很高。为了降低这类排放，过去的几十年内柴油机低温燃烧(LTC)燃烧概念得到广泛研究[-)。LTC主要是指形成1种预混合稀薄混合物，避免产生会生成大量碳烟和NO，的局部高集和高温区域。柴油机LTC概念可以通过较早的喷油正时和较高的废气再循环（EGR)率来实现。较早的喷油正时导致滞燃期较长，使得自燃之前燃料可以蒸发并预先与空气混合。大量的EGR吸收燃烧热量并保持较低的缸内温度。这种燃烧概念的特征是喷油正时较早，以及EGR量较高，通常称作预混充量压燃（PCCI)概念。虽然NO，和碳烟量减少，LTC 概念受负荷所限只能在负荷较低时采用，因此在LTC 的实际应用中，发动机工作模式应在低负荷LTC模式与高负荷传统模式之间来回切换。
模式切换本质上是发动机工况条件（包括喷油正时、喷油量、喷油压力和EGR水平)的切换。由于在LTC与传统模式中适用的空燃比和燃烧相位不
万方数据
同，成功的模式切换从根本上说是控制空燃比和燃烧相位，使发动机功率输出波动最小，污染物排放量最低。在切换过程中，驾驶者会注意到指示平均有效压力(IMEP)的任何波动，会对发动机的驾驶性能造成负面影响。因此，在模式切换中关注的主要问题是IMEP的稳定性，继而是排放水平，
多位研究者发布了各种可以获得合格的柴油机模式切换的技术途径。在第一种途径中，研究人员尝试通过外部手段补偿IMEP模式切换中的波动和高排放，使用混合型布置的集成起动发电机动态施加补偿扭矩以消除IMEP的波动["]。而有研究人员则利用气道喷水的冷却效应来消除大量EGR带来的缸内高温，在模式切换中获得最佳燃烧相位[5]。
在第二种途径中，焦点在于首先要提供适宜的空燃比，以使IMEP波动和排放最低。研究人员在1 台4缸柴油机上进行PCCI燃烧概念与调节动力学(MK)燃烧概念之间的模式切换}，表明空燃比取值不当是碳氢（HC)排放突然上升的关键诱因。供油系统能够较快适应新的工况，而负责提供足量新鲜空气和EGR废气的充气系统表现落后，因为充气系统的响应时间较长。研究了1台增压四缸柴油机的 PCCI与传统模式间的切换。传统模式的喷油动作包括预喷和主喷，在1个循环内切换到了LTC模式