复合发动机燃油经济性初步分析

论文摘要

为实现均质预混合燃烧方式的着火主动精确控制,本文提出一种高压气体压燃式复合发动机,它采用低压缩比、高压升比和高膨胀比的复合循环系统,在发动机上添加一个高压储气罐并把气缸分成动力缸和压气缸。早期将燃料喷入缸内形成均质的一次混合气,并设置较小的压缩比以降低压缩温度,确保缸内一次混合气在没有外部附加热源的情况下不能着火；在压缩终点附近向缸内喷射一定量的高压气体,与缸内混合气进行第二次混合,利用喷射高压气体压燃缸内的均质混合气,实现内燃机全工况范围的预混合燃烧。利用发动机一维模拟软件AVL-Boost建立了中等工况下复合发动机动力缸模型,此模型可以精确地实现对喷入气缸中高压气体的控制；再利用热力学相关公式,考虑节流和散热损失的前提下,建立了复合发动机压气缸工作模型,并给出了针对复合发动机热效率及燃油经济性的发动机性能计算公式。利用建立的模型,对中等工况下不同转速时影响复合发动机热效率的相关因素作了较全面的分析计算和优化,其中包括高压储气罐压力、高压气体喷射持续期、高压气体喷射提前角、几何压缩比、着火时刻、高压气体喷管形状、高压气体喷气阀以及燃烧持续期等影响因素。计算结果显示：中高转速时复合发动机燃油经济性较好,复合发动机热效率均比原机提高8%以上,燃油经济性提高5%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 油电混合动力技术
• 1.2.1 串联式
• 1.2.2 并联式
• 1.2.3 混联式
• 1.3 气动发动机技术
• 1.3.1 气动发动机的优势
• 1.3.2 气动发动机遇到的问题
• 1.4 Split-cycle发动机技术
• 1.4.1 Split-cycle发动机工作原理
• 1.4.2 Split-cycle发动机工作过程
• 1.5 均质预混合燃烧方式
• 1.5.1 HCCI燃烧方式优点
• 1.5.2 HCCI燃烧方式面临的问题
• 1.5.2.1 均质混合气形成
• 1.5.2.2 燃烧控制
• 1.5.2.3 运行范围
• 1.6 论文的主要工作
• 2 模拟计算理论基础
• 2.1 发动机缸内热力过程计算基本假设
• 2.2 工质特性
• 2.3 气缸内热力学基本方程
• 2.4 气缸内热力学过程计算辅助方程
• 2.4.1 工作容积
• 2.4.2 壁面传热
• 2.4.2.1 传热系数
• 2.4.2.2 壁面温度
• 2.4.2.3 进排气道的热交换过程
• 2.5 燃烧放热率
• 2.6 进排气流量的计算
• 2.7 柴油机性能参数计算
• 2.8 管道阻力损失及摩擦系数
• 2.9 本章小结
• 3 高压气体压燃式复合发动机
• 3.1 复合发动机结构及工作原理
• 3.2 复合发动机混合驱动过程
• 3.2.1 低工况
• 3.2.2 中等工况
• 3.2.3 高工况
• 3.2.4 制动回收能量
• 3.3 中等工况下复合发动机工作过程建模
• 3.3.1 动力缸建模
• 3.3.2 压气缸建模
• 3.3.3 模型的关联
• 3.4 中等工况下整机指示热效率及有效燃油消耗率计算
• 3.4.1 指示热效率计算公式
• 3.4.2 有效燃油消耗率计算公式
• 3.5 本章小结
• 4 计算结果与分析
• 4.1 复合发动机热效率计算
• 4.1.1 高压储气罐压力对整机热效率的影响
• 4.1.2 高压气体喷射持续期对整机热效率的影响
• 4.1.3 高压气体喷射提前角对整机热效率的影响
• 4.1.4 压缩比对整机热效率的影响
• 4.1.5 着火时刻对整机热效率的影响
• 4.1.6 喷管形状对整机热效率的影响
• 4.1.7 喷气阀升程影响
• 4.1.8 燃烧持续期变化影响
• 4.2 不同转速下复合发动机热效率
• 4.3 复合发动机燃油经济性
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢