三缸PFI汽油机基本控制单元开发与掺氢富氧燃烧的试验研究

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近年来我国经济稳定向前发展,人民生活水平得到显著提升,汽车保有量则逐年攀升,这一方面有力地促进了我国汽车工业的发展,另一方面使我国的能源与环境问题越来越突出。由于当前汽车市场主要以传统汽车为主,因此发动机节能减排技术的发展具有重要的现实意义。为实现发动机更加节能、更加环保的目标,性能优异的电控系统的开发势在必行。此外,在当前电控系统发展的基础上,改善传统发动机的燃烧方式,如掺氢燃烧、富氧燃烧等,也受到了业界的广泛关注。为此,本文对发动机基本控制单元进行了开发,并在此基础上,通过台架试验,对典型工况下的发动机掺氢富氧燃烧进行了一定的研究,为未来发动机掺氢富氧燃烧的工程化应用打下了一定的研究基础。具体地,以吉利JL3G10型汽油机为研究对象,在分析其工作原理与电控系统的基础上,对其进气、喷油、点火的基本控制策略进行了开发以使发动机能实现基本的起动与运行功能。接着,在MotoTron平台上,采用V模式开发流程,对具有基本控制功能的发动机电控系统进行了快速原型开发。最后搭建了发动机的试验台架,借助起动试验对所开发的进气、喷油、点火的控制策略进行了测试。此外,改造了发动机的进气系统,以通过台架试验研究富氧燃烧、掺氢燃烧、同时掺氢富氧燃烧(氢、氧气体积比为2:1)对汽油机性能的影响。台架试验表明:(1)起动试验时,发动机进气、喷油、点火等参数匹配效果良好,发动机能成功起动。此外,在怠速工况下,发动机转速、空燃比控制较为理想,验证了所开发的进气、喷油、点火控制策略。(2)同一工况同一空燃比下,与原机相比,富氧燃烧能显著提升发动机的动力性,且比单独掺氢与同时掺氢富氧条件下的提升幅度大。进气含氧量为25%时,发动机对外做功能力增强,其功率有20.7%的提升。此外,富氧燃烧能够在一定程度上改善HC、CO排放,但会明显恶化NO_X排放,25%的进气含氧量时,NO_X排放增加了149.6%。(3)试验条件相同时,单独掺氢燃烧后,与原机相比,发动机的做功能力略有下降,但掺氢后,HC、CO排放减少明显。此外,虽然NO_X排放有所增加,但其增加幅度低于其他两种氢氧掺混方案时该尾气排放的增加幅度。(4)同一试验条件,同时掺氢富氧燃烧后,与原机相比,发动机的动力性得到了一定程度的提升,HC、CO排放改善效果与单独进气掺氢燃烧时接近,NO_X排放虽有所恶化,掺混比为5.06%时,其值增加了41.9%,但明显小于富氧燃烧时的增加幅度。因此,同时掺氢富氧燃烧能获得较佳的综合性能,比较适合在工程实践中进行应用。
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