缸内直喷汽油机通过最优同步单次或二次喷射提高能源效率的喷射策(2)

2019-09-01 12:13

4.1高负荷高转速发动机的工作条件

通过参数化方法分析经过理论配比的高负载高转速条件下的分流进样。图6,作为一个例子,展示了注入的和脱水的汽油在单注入和分流进样中聚集起来分别喷射是由50%+50%的喷射策略,和两种不同的Dw值,也就是在注射压力为10MPa下的1000和1000us。保压时间的最小值,也就是1000us,根据先前报道考虑,假定喷射动力学和喷射事件的自主性和独立性。就分流进样来说很明显蒸发作用见益缓慢。这种情况也没在改变通信操作指令方面提高。通过推进420度时的第一典型注射结果,图6(b)中描述的情况发生了。在假定的参考系中曲柄角与TDC一致是CA=720度。

图6 单次喷射与两次喷射策略Dw(a)或(b)SOI燃油蒸发量随曲轴转角的变化

燃烧过程的确很受极快的爆裂似的注射剂影响,应归于负载烧毁的恶劣环境。图7比较了和单注入和双注入有关的压力转换,火花塞点火温度固定在696度。这个例子以发证迟缓的SOI1为特征,尤其,展示了一个相当慢的燃烧过程。

图7 单次喷射与两次喷射是不同的SOI脉冲策略(Dw设定在1000 ls)缸内压力随曲轴转角的变化

4.2 适度的负载和适度的发动机工作条件

对适度负载和适度工作条件A/F=17的分析是就50%+50%模式下根据不同的Dw值和6.0MPa的注射压力下的分流进样进行探讨的。类似一次使用的注射剂也适用。

对有用混合物形成上产生影响的发动机,通过客观提高关闭阀门期间,制定一个优化的研究增加经过计算的压力循环区域内的压强来阐述操作问题。总而言之,在贫混合料条件下保证了通过自动程序选择的的注射策略,在DOE空间搜寻最适宜的一组参数来决定注射和火花点火装置。这是通过FRONTIER软件让3维发动机模型自动运转。优化问题是在假设喷射在单个脉冲量内完成而不是在双脉冲量内完成的条件下,最早用公式表述出来。在发动机工作循环周期内同时供给的汽油,是由单注射情况下变量SOI的适时选择,或是第一注射SOI1的开始,还有两个连续脉冲内的保压时间,和在注射情况下分为两部分的Dw来实现的。

输入变量的偏差范围和连续采样的步骤,影响优化程序的效率和速度。物理因素是加入DOE空间的评估,避免气门重叠期间的注射,或是考虑到最大制动转矩对应给出的SI,限制了总量的区间。

图8显示了在分流进样的情况下该优化问题的流程图。一个简化的流程图用公式阐述单次注射。选择目标函数的最大值,Nelder & Mead发明的Simplex,任何n维函数f(X1,X2,..,XN)在参数空间寻找相应的参数矢量的全局极值(最大值或最小值)。这种非线性的优化问题的运算法则不要求其他衍生参量的评估,所以它比基于局部变化的运算方法更稳定。

图8 两次喷射策略下的流程图

图9显示了和单注射方法相关的优化分析的结果。最佳变量表示为输入变量(左)和SOI(右)的函数。最佳变量,更加清晰的说,是某一个计算周期循环的计示有效平均压力,在关闭阀门期间,使无穷小量和起始点周期(IMEPref)有关。起始点已完全平方的形式在图中表示出来,对应680度的SI和450度的SOI.这个组态用来增强空气吸入液流的移动,阀升程的摄取量的最大值,实际是在470度时出现,然而结束角在608度。很明显,发动机性能SOI的一对值和SI极大值,是在475度时的SOI和680度时的SI.在和起始点有关的压力转换方面的增益是显而易见的。图10中可以直观看出,关于中度负载时汽缸内的压力的SOI值的急剧变化,还有那些在优化程序中经过计算的5个不同压力值被标绘出来。他们的SI都是曲柄角680度时。很明显,注入必须减少延迟,在阀门升程减少急剧下降之前,加剧进入汽缸的空气运动。起始注射的最优选择允许关于假定的启动压力循环区的5.3%的提升。

图9 单次喷射条件下的优化结果

图10 单次喷射下五个不同的SOI值缸内压力随曲轴转角的变化

拆分注射为两个连续的部分,如先前说的,图8中也可以看到,通过第一注射和第二注射的开始和变化的SI来进行讨论。优化问题的结果在图11中呈现了。最优值是SOI1=450度,Dw=80度。最优的火花提前角保持在680度,虽然相关的文章没有报道。分开注射比假定开始点的一次注射的情况增加了8%的工作。

图12显示了单注射和双注射情况下最优液缸压力的比较。有必要指出整体注射量是一样的,都是20mg/str.在周期的增长是显而易见的。它相当于把有用功提高到2.6%。和双注射情况有关的更好的性能可以根据李姓等人的工作更容易的画出来。也可以看图13,以SI的曲柄角,通过火花塞平面的等值比率分布,在单注射和双注射两种情况下是很直观的。发动机缸盖的中心位置的火花塞通过一个黑点被描绘出来。通过把注射分为两部分,空气混合燃料和分层的混合物的同质性得到加强。火花塞位置激起图13中右边的汽油蒸汽的更大区域。在注射器位置对面靠近活塞壁周围出现了更大的区域。在表中以红色的箭头呈现。执行分析的结果确认了参考的试验性的调查结果,如同先前研究的内燃机传动的注射[25]。在参考[25]中,阐明了和多注入喷射有关的汽相和单注入喷射的比较,虽

然液滴的渗透能力低一些。事实上,二次的液滴注射和周围蒸汽的动力交换的结果是双注射结果下的燃油蒸汽分布甚至比单注射更广泛。以增强分层法和局部 同质性为特征的方法有助于多注射策略积极去潜在的积极地影响燃烧过程。考虑的发动机在靠近汽缸壁周围和注射器对面大片区域存在的问题是不可避免的,但是也许可以通过减少注射压力得到解决。

图11 最优的同步两次喷射策略

图12 在最优单次喷射和两次喷射时缸内压力随曲轴转角的变化

图13 火花位置在最优单次喷射情况下(左)和最优双喷射情况下(右)在曲柄角度的SI下燃油

在一个平面的浓度分布

考虑到层状进汽发动机形成的汽油废气的,以下的考虑是很重要的。在精益导入模式下,来源于层状进气充足的区域的火焰,可能受到外边界层状进气极其贫乏区域的淬火,导致未燃尽的烃类化合物的增加。汽缸内温度的降低和减少火焰后区的全部的稀薄燃烧有关,即使氧气是可利用的。自从致力于强调由于拆分注射为两部分的,GDI发动机对稀混合气有效的不同,对污染物的形成就集中在了这方面。因此和单注射和双注射有关的结果,在下面进行了考虑。

图14表明了利用3维软件模型计算NO量。因为提高燃烧效率和提高汽缸内温度,喷射可以分为两个项目,在这种情况下NO量略有增长,例子如图15,和圆柱轴垂直的平面,曲柄角变量达到最大极值(平均汽缸最大容积),CA(Tmax)时的温度分布。最后在单注射情况下等于18度ATDC,在双注射情况下等于16度ATDC.燃烧室头的距离平面被描绘出来,与到达当地温度最大值的点相一致。在右边的双喷射的情况下,在和注射器相对的位置,以较高温度值为特征的更广泛的区域是可见的。这表明了了在双注射情况下NO的最大量。

图14 在一个循环中单次喷射和两次喷射缸内NO的质量分数随曲轴转角的变化

图15 最优单次喷射和两次喷射时的缸内温度分布

注射方式也影响碳氢化合物在局部范围内的产生。图16描绘了汽缸内气体未燃尽的气体等值比(燃烧室容积的平均值),在理想的单注射和双注射的燃烧


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