HCCI汽油机燃烧预测模型的开发

HCCI汽油机燃烧预测模型的开发

在汽油机上采用均质充量压燃（HCCI）的燃烧模式具有低循环波动率、低燃油消耗量和低排放等优点。已经证明，在新欧洲标准驾驶循环（NEDC）工况下，汽油机采用HCCI燃烧模式能够减少15%的燃油消耗。HCCI汽油机的设计和开发一般是通过试验来不断调整汽油机设计参数，以获得实现汽油机最优设计参数的取值。若能开发出HCCI汽油机的燃烧预测模型，则可以通过仿真的方法进行HCCI汽油机的设计和开发，从而缩短开发周期、降低开发成本。

利用德国戴姆勒汽车公司所开发M272DEHCCI汽油机的试验数据进行燃烧预测模型开发。由于HCCI汽油机缸内燃烧过程十分复杂，无法建立预测缸内燃烧过程的化学反应方程，因而采用了唯象理论，对HCCI汽油机缸内燃烧表现出的物理现象进行分析，构建缸内燃烧的唯象模型。所构建的HCCI汽油机燃烧预测模型包含两部分：一部分是将缸内点燃过程表示为一系列自燃过程的总和；另一部分是将自燃后的燃烧过程表示为层流-湍流火焰传播模型。模型第一部分的关键是点火延迟的计算，该计算主要借助阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程实现。同时，采用污染正态分布对缸内热分布不均匀性进行描述，用来表示气缸缸壁温度对缸壁附近可燃混合气形成的影响。模型第二部分采用修正的夹带模型描述HCCI燃烧模式下燃烧的边界条件。对边界处的燃烧采用层流火焰传播模型表示，非边界处的燃烧则采用湍流火焰传播模型表示。利用试验测量的数据对燃烧预测模型进行验证，结果显示该模型具有较高的预测精度，且所需要的计算时间较少。因而，该预测模型不仅可用于HCCI汽油机的设计和开发过程中，而且可用于HCCI汽油机控制策略的开发过程中。

Mahir Tim Keskin et al. SAE2016-01-0569.

编译：王祥