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面对日益严重的能源危机与环境污染问题,如何进一步提高内燃机热效率、降低有害排放是当今国际车用动力研究的重要课题。HCCI燃烧模式和混合动力技术作为两种高效清洁的动力途径,具有良好的发展前景。本文在一台四缸汽油机上进行一系列的改造设计,通过提高压缩比和利用废气加热进气的方式实现HCCI燃烧。为使HCCI发动机与混合动力系统能够有效结合,本文通过提高发动机压缩比的办法拓展了汽油机HCCI负荷范围,并考察了压缩比对汽油HCCI发动机燃烧与排放特性的影响。在此基础上,本文进一步研究了进气温度、冷却液、EGR率、进气压力等因素对负荷拓展后汽油HCCI发动机燃烧与排放的影响,寻找控制改进HCCI燃烧的方法。随后,本文将汽油HCCI发动机与串联式混合动力系统结合,搭建一个全新的汽油HCCI发动机混合动力台架,试验分析其经济性,研究探索更加高效清洁的动力模式。研究结果表明,提高压缩比可以有效拓展HCCI发动机的运行负荷范围。在负荷拓展中,缸内最大压力升高率限制了发动机高负荷拓展,而燃烧循环变动则限制了其低负荷拓展。压缩比提高后,发动机动力性、经济性提高,且HCCI燃烧对进气温度的要求降低,但压缩比提高后爆震倾向增大,对汽油机可靠性要求更高。在HCCI燃烧模式下,压缩比提高有效降低HC和NOx排放,但CO排放略有升高。随着进气温度、冷却液温度升高,发动机缸内压力及温度上升,CO和HC排放下降,缸内循环变动有减小的趋势。但进气温度、冷却液温度过高会导致爆震,而过低则可能失火。因此,合适的冷却液温度及进气温度对燃烧稳定性非常重要。进气压力增大可以使发动机动力性显著升高,但过高的进气压力容易使发动机爆燃。结合进气增压与EGR,有利于拓展发动机高负荷运行范围。随着EGR率的增大,发动机缸内压力温度下降,缸内压升率降低,燃烧持续期延长,可以降低发动机爆燃趋势,同时也可显著降低NOx的排放。随着EGR率的增大,发动机循环变动增大,不利于发动机稳定运行。研究结果同时表明,HCCI燃烧缸间循环变动较大,1,4缸的循环变动大于2,3缸的循环变动,且随着EGR率的增大,缸间变动差异增大。在HCCI发动机混合动力台架试验中,本文主要采用开关式控制策略并选用NEDC工况进行试验研究。结果表明,两种动力模式结合后,有更大的节能减排潜力,HCCI混合动力系统能够在NEDC工况下实现5.56 L/100km的油耗,相比SI模式混合动力系统和原机分别降低11.3%和22%的燃油消耗率。在ECE城市工况下,HCCI混合动力系统5.85 L/100km的燃油消耗率,相比SI模式下6.99 L/100km的燃油消耗率,降低了16.3%。由此可见,将HCCI燃烧与混合动力系统结合后,经济性进一步提高,排放降低。