基于米勒循环的爆震抑制策略及其对汽油机性能影响研究

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1、天津大学硕士学位论文基于米勒循环的爆震抑制策略及其对汽油机性能影响研究KnockSuppressionandPerformanceImprovementStrategyBasedonMillerCycle学科专业：动力机械及工程研究生：邵爱芳指导教师：卫海桥研究员天津大学机械工程学院2017年12月摘要爆震是抑制汽油机热效率提高的主要障碍之一，传统爆震抑制策略一般会牺牲汽油机动力、经济性。米勒循环可通过改变有效压缩比抑制爆震并提高发动机热效率。因此，本文将基于米勒循环开展不同爆震抑制策略及其对发动机性能的影响研究。本文以一台压缩比可调的单缸机为究对象，研究工况均为压缩比为10、燃空比

2、为1、转速为1600rpm满负荷。基于Converge模拟了米勒循环及二次喷射爆震抑制效果，发现米勒循环可降低缸内温度、改善燃油分布；二次喷射可增加湍动能、火焰传播速度。基于单缸机实验平台，根据单次喷射下最佳油耗及扭矩输出，确定了基准喷油时刻为240CADBTDC。在此基础上开展了米勒循环和二次喷射策略抑制爆震的试验研究。结果表明：推迟关进气门(LIVC)的米勒循环爆震抑制效果优于提前关进气门，随推迟角度增加爆震抑制效果增加；随着第二次喷射比例增大、喷射时刻推迟，爆震抑制效果增加，但循环波动提高，并基于爆震抑制效果的动力性和经济性确定最佳喷射策略为喷射比例4:1、喷射时刻100CAD

3、BTDC。由于LIVC的扭矩输出明显下降，为弥补动力损失，在LIVC基础上采用增压技术开展爆震抑制研究。结果表明：增压结合LIVC抑制爆震的同时可提升扭矩，其中增压压力为1.4bar，LIVC=60CAD时，发动机热效率约提高2.5%。在此基础上，结合最佳二次喷射策略开展爆震抑制实验研究，发现该策略可提升发动机动力、经济特性。为进一步提高发动机性能，将CR提升到12，探究了最佳增压米勒循环结合最佳喷射策略对发动机性能的影响，发现最佳喷油策略结合增压压力1.8bar，LIVC=85CAD策略，最优扭矩输出与CR10相当，但有效燃油消耗率明显降低，最高可降低2%，有效热效率可以达到37%

4、以上；部分负荷下，热效率、扭矩输出及油耗均优于CR10。综上所述，米勒循环、二次喷射、增压米勒循环以及增压米勒循环结合二次喷射策略能有效抑制爆震，并提高发动机性能；压缩比从10提高到12，采用增压米勒结合二次喷射策略在满负荷工况可降低油耗且保证动力输出相当，而在部分负荷具有明显优势。关键词：爆震，喷射策略，米勒循环，汽油机性能，数值模拟，试验研究IABSTRACTKnockisoneofthemainobstaclestotheimprovementofthethermalefficiencyofgasolineengines.Thetraditionalknocksuppressi

5、onstrategiesusuallysacrificethepowerandeconomy.Millercyclehastheeffectofimprovingthermalefficiencyandreducingthetendencyofknock,andboostcanmakeupforitslossofpower.Toexplorethestrategiesofknocksuppressionandgasolineenginepowerandeconomicimprovement,thepaperconducteddifferentknocksuppressionstrat

6、egiesbasedonMillercycle.Inthispaper,adirectinjectionignitedsinglecylinderenginewasapplied.Theworkingconditionswereallat1600rpm,fullload,andfuel-airratioof1.BasedonConvergenumericalsimulation,theeffectofsuppressingMillercycleanddoubleinjectionknockwereexplored.Thecylindertemperaturecanbereduceda

7、ndthefueldistributioncanbeimprovedbyMillercycle.Doubleinjectioncanincreasetheturbulentkineticenergy,flamepropagationspeed.Bothstrategiesinhibitknock,andtheknocksuppressionofMillercycleisbetterthatofdoubleinjection.Therefore,thetes