06-基于GT-Power和Simulink耦合仿真的汽油HCCI发动机全可变气门机构控制策略.pdfVIP

06-基于GT-Power和Simulink耦合仿真的汽油HCCI发动机全可变气门机构控制策略--第1页

和Simulink耦合仿真的

汽油HCCI发动机全可变气门机构控制策略研究

谢辉张岩李楠秦静赵华

（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，300072，天津）

摘要：本文利用GT-Power和Simulink搭建了进排气门升程相位全可变（4V）HCCI发动机

仿真平台，其中包括单缸机模型、HCCI燃烧模型、4V机构运动模型、4V机构控制器模型

及发动机控制器模型。在此平台上初步研究了过渡工况下可变气门机构的升程控制和相位对

HCCI燃烧的影响，初步讨论了HCCI工况过渡过程中可变气门机构的控制策略。

关键词：汽油HCCI全可变气门机构过渡过程仿真控制策略

1前言

可控自燃（ControlledAuto-Ignition，CAI/HomogeneousChargeCompressionIgnition,

HCCI）被证明是提高汽油机的燃烧效率、实现汽油机的超低排放的有效途径，也是国际内

燃机界目前研究的热点之一。目前汽油HCCI应用于实际产品发动机遇到的关键问题是着火

控制、燃烧速度控制、运行范围拓展以及SI/HCCI模式切换控制等。汽油机实现均质压燃有

多种方式，如进气加热、提高压缩比和内部残余废气等。进气加热方式在实际产品发动机应

用中存在动态响应慢、工况过渡和切换困难等问题，提高压缩比则在大负荷很难避免爆震。

通过可变气门机构（VariableValveActuation，VVA）改变发动机气缸内残余废气量（Trapped

ResidualGases，TRG）来控制HCCI燃烧过程及进行SI/HCCI燃烧模式切换，被认为是实现

[1][2][3]。这种方式的关键是如何充分发挥可变气门机构的

车用HCCI汽油机最切实有效的方法

潜力，采用有效的控制策略，实现HCCI燃烧控制。尤其在HCCI动态过渡工况以及SI/HCCI

模式切换控制中，对全可变气门机构多个控制变量的动态耦合策略提出更苛刻的要求。模拟

仿真手段是开展这一研究行之有效的途径。

本文基于作者提出的采用全可变气门机构，即可变进气门升程和相位、可变排气门升程

和相位（以下简称4V机构），实现汽油HCCI燃烧及控制的思想，以某一产品化可变气门

机构为原型。通过仿真，初步研究了该汽油HCCI原型机在HCCI工况过渡过程中，可变气

门机构的控制策略。

本文利用仿真计算软件搭建了进排气门升程相位全可变（4V）HCCI发动机仿真试验平

台，其中包括：单缸机模型，HCCI燃烧模型，4V机构运动模型，4V机构控制器模型及发

动机控制模型，并在此平台上初步研究了过渡工况下可变气门机构（可变气门定时和可变气

门升程）对HCCI燃烧的影响，并在此基础上对瞬态过程进行了初步的仿真研究。

24V-HCCI发动机仿真平台

近年来，对HCCI燃烧过程的模拟研究及发动机的仿真建模工作一直是一个新的领域，

并且已经有一些理论研究的结果发表。由于HCCI的燃烧是由混合充量的化学反应动力学决

定的，一些专业的化学动力学软件（如：CHEMKIN）已经被广泛应用于HCCI燃烧的模拟

研究，并且与其它CFD软件耦合研究各流动参数对HCCI燃烧过程的影响。为了缩短计算

06-基于GT-Power和Simulink耦合仿真的汽油HCCI发动机全可变气门机构控制策略--第1页

06-基于GT-Power和Simulink耦合仿真的汽油HCCI发动机全可变气门机构