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基于新型点火方式和燃烧循环内离子电流/缸压协同控制实现汽油机50%热效率的超稀薄燃烧基础研究

批准号:
52076153
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李理光
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李理光

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对高效汽油机超稀薄燃烧的关键科学问题,围绕新型点火和缸内燃烧诊断控制方法,以直喷汽油机燃烧过程为研究对象,基于高背压定容燃烧弹,试验及仿真研究超稀混合气的基础燃烧特性、稳定着火边界以及不同因素的影响规律;基于高压缩比VVA直喷汽油机试验平台,研究不同新型预燃室火花塞、多极点火方式对超稀薄燃烧的失火和爆震边界拓展及稳定燃烧控制的影响因素和实现的新方式;同时研究新型基于缸内离子电流和缸压信号协同的智能信息融合实现着火及燃烧的实时反馈控制的方法,探索超稀薄燃烧效率优化及稳定性控制的新途径,研究拓宽高压缩比汽油机超稀薄燃烧的当量比边界及爆震边界的影响因素和控制方法;通过新型点火和缸内燃烧循环的实时智能反馈控制,探索汽油机热效率50%达成的方法,为工业界的工程样机设计提供新的燃烧基础数据和技术支撑。项目申请人及所在课题组及实验室所开展的前期基础研究工作为本项目的实施和完成提供了良好的条件和保障。
英文摘要
Aiming at the key scientific problems of ultra-lean combustion in high-efficiency gasoline engines, the new ignition and in-cylinder combustion diagnosis and control methods are used to study the combustion process of a direct-injection gasoline (GDI)engine. Based on a high-backpressure constant-volume combustion bomb, experiments and simulations are conducted to study the basic combustion characteristics of ultra-lean gasoline mixtures, then the ignition boundary conditions and the effect of different operating factors will be studied based on the high compression ratio direct injection gasoline engine with a VVA system, the research on different novel spark plugs with pre-combustion chamber, and the spark plug with multi-electrodes will be conducted to study their effect on expanding the mixture lean limit and achieving the stable in-cylinder combustion control; a novel intelligent in-cylinder combustion detecting method based on the synergy of ion current and cylinder pressure signals will be developed to realize a real-time feedback control of ignition and combustion event on the GDI engine, then the stabilization the ultra-lean combustion and the engine efficiency improvement can be achieved through this feedback control, and then the control strategy can be developed to broaden the equivalence ratio limit and detonation limit of the ultra-lean combustion on high compression ratio gasoline engines; Finally, a method which achieving 50% thermal efficiency on gasoline engines through novel ignition system and the intelligent in-cylinder combustion feedback control will be investigated, and the method can be applied to support the development of the 50% thermal efficiency gasoline engine prototype for the IC engine industry by providing the fundamental data and technique solutions. The preliminary research carried out by the project applicant and his research team can provide good conditions and guarantees for the implementation and completion of this project.
国内面向汽油机50%热效率达成的关键核心燃烧基础研究和支撑零部件关键技术的基础研究与目前国际前沿的技术支撑研发相比,仍有不足和差距。特别是围绕汽油机新型点火技术所开展的燃烧基础研究是目前汽油机突破50%有效热效率所采用超稀薄燃烧的一个主要发展趋势;其次,面向未来的汽车智能化,燃烧主动和智能化控制也是发展的重点,因此,基于燃烧循环的诊断和控制技术,既是实现高效清洁燃烧的保障,也是未来智能化发动机研发的基础。.针对上述问题,本项目完成以下创新成果:.1)首次全面分析高能点火、多电极点火、被动预燃室和主动预燃室等多种不同新型点火方式对超稀薄混合气基础燃烧特性及燃烧稳定性研究。发现两阶段高能点火、三电极点火均对火核形成有较强的促进作用,但并不能有效促进燃烧中后期的层流火焰传播,对稀燃极限拓展效果有限。被动预燃室、主动预燃室通过火焰射流点火,不仅增大了点火能量,而且通过火焰射流增加了湍流动能,可以有效促进火焰在燃烧后期的传播速度。其中,主动预燃室能显著拓展稀燃极限、提高热效率,可以稳定实现λ≥2的超稀薄燃烧,实现NOx近零排放的目标。.2)首次发现预燃室内离子电流信号典型特征参数适用于失火和爆震诊断,并依此建立了爆震诊断的神经网络模型,准确度相比单参数阈值诊断的95.7%提高至98.4%。通过三维数值模拟,揭示了爆震工况下带电粒子的反流现象是预燃室内离子电流特征波形的形成机理。离子电流技术可适用于不同类型预燃室的燃烧诊断,为高效发动机非正常燃烧控制提供了重要技术基础。.3)通过改造和优化,在一台商用汽油机上,使用主动预燃室技术实现λ= 2.0的超稀薄燃烧,尾气NOx体积分数仅为21×10-6,指示热效率相比火花塞点火λ=1.0工况相对提升18.8%。并在一台压缩比16.6的高压缩比热力学单缸机上,结合主动预燃室点火、深度米勒循环、进气增压及超稀薄燃烧等技术,在λ=2.3时实现51.34%的净指示热效率以及47%的有效热效率。并可以实现λ>2.5的稳定燃烧及NOx近0排放。.本研究所取得的成果为点燃式汽油机实现50%以上有效效率提供并验证了可工程应用的新技术路线和方法,并在此基础上可通过结合超高压汽油缸内直喷、喷水技术及离子电流技术进一步优化和提升。.研究结果丰富了基础研究数据,为50%热效率汽油机开发提供了技术和策略支撑。
氩气氛围下氢氧射流混合及燃烧基础问题研究
  • 批准号:
    51576141
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    李理光
  • 依托单位:
基于离子电流的直喷汽油机燃烧循环闭环控制与优化研究
  • 批准号:
    51376139
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    李理光
  • 依托单位:
液化石油气(LPG)在点燃式发动机上冷起动循环的燃烧和排放分析与控制策略
  • 批准号:
    50376034
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    李理光
  • 依托单位:
国内基金
海外基金