均質進氣壓燃引擎之熱釋放研究分析｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	張育騰 Yu-teng Chang
論文名稱：	均質進氣壓燃引擎之熱釋放研究分析 Research of Heat Release Rate in Homogeneous Charge Compression Ignition Engine
指導教授：	姜嘉瑞 Chia-Jui Chiang
口試委員:	蘇裕軒 Yu-Hsuan Su 林紀穎 Chi-Ying Lin
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 機械工程系 Department of Mechanical Engineering
論文出版年：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	90
中文關鍵詞：	均質進氣壓燃引擎、燃燒熱釋放、燃燒時間點、燃燒穩定性
外文關鍵詞：	homogenous charge compression ignition engine, heat release, combustion timing, combustion stability
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上一筆

均質進氣壓燃引擎 (homogeneous charge compression ignition,HCCI) 是透過混
合油氣壓縮後產生的自燃反應來驅動引擎, 因此 HCCI 引擎並無直接控制燃燒時間點
的方式。而由於 HCCI 引擎的燃燒時間點受進氣溫度的影響相當敏感, 因此透過燃燒分
析的實驗以觀察內部燃燒的狀況。由於 HCCI 引擎是必須透過進氣溫度與噴油量去控
制燃燒時間點, 而 HCCI 引擎內部燃燒的穩定性也會受到進氣溫度與噴油的影響, 因此
也透過燃燒熱釋放分析觀察不同操作點燃燒的穩定性。分析在不同操作點下的熱釋放特
性, 對於 HCCI 引擎在操作點的選擇與策略的開發是非常重要的參考依據。
本篇文章實驗是透過架設的 HCCI 實驗平台, 擷取引擎上的感測器在 HCCI 不
同操作點的數據, 再透過熱釋放分析模型, 計算出引擎的燃燒熱釋放, 以分析內部燃燒
狀況。並透過進氣流率、進排氣溫度與汽缸溫度計算的公式, 推算出汽缸內部的溫度, 得
出在 HCCI 系統中的引擎隨著進氣溫度的改變。透過熱釋放分析可以觀察出操作點的
改變對於引擎穩定性的影響。

It is very important that the start of combustion (SOC) timing control for The
homogenous charge compression ignition engine (HCCI) working stably . It is
difficult since its ignition cannot be directly actuated, so the research of HCCI
engine’s combustion features is necessary for the combustion timing control. In the
thesis, we used the estimation of heat release rate and temperature calculation of
cylinder to observe the variation of burn in cylinder. In the experiment, we change
the intake temperature and the quantity of fuel injected, and we observe the affects
of heat release rate in cylinder and of cycle-to-cycle variations by operating points
changed. Through the relation between Tivcand Tbd, we can explain the affects of
the engine’s stability the at the difference operating points .

1 緒論
1
1.1
研究背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.2
文獻回顧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1.3
研究目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
1.4
論文架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2 實驗設備軟硬體配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.1
實驗硬體設備
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.1.1
實驗引擎 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.1.2
車輛 ECU 開發套件 -MotoTron 系統
. . . . . . . . . . . . . 11
2.1.3
進器加熱系統
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.4
進排氣壓力感測器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.5
進排氣溫度感測器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.6
進流量感測器
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.7
燃料流量計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.8
引擎馬力試驗機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.9
燃燒分析系統
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2
實驗設備軟體
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.1
MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.2
Simulink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.3
MotoHawk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.4
MotoTune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.5
xPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 實驗方法
30
3.1
實驗架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2
MotoTron設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3
燃燒熱釋放計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4
控制策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4.1
SI模式策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4.2
SI/HCCI模式策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4 實驗結果
43
4.1
訊號擷取與分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1.1
進氣流量量測
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1.2
進排氣壓力量測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.1.3
汽缸壓力濾波與相位補償
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1.4
比熱比γ估算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2
SI模式實驗結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.1
汽缸壓力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.2
熱釋放分析與燃燒時間點
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.3
HCCI模式實驗結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3.1
固定噴油量改變進氣溫度
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3.2
固定進氣溫度改變噴油量
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3.3
HCCI操作點燃燒特性比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5 結論與未來展望
82
5.1
結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.2
實驗過程注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.3
未來展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
附錄 A (符號定義)
85
附錄 B (感測器電壓轉換物理量表)
86
附錄 C (汽缸溫度推算公式)
87
參考文獻
88

                                

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