GDI汽油机燃用含水乙醇汽油的燃烧与排放特性研究

发布时间：2017-10-24 21:26

  本文关键词：GDI汽油机燃用含水乙醇汽油的燃烧与排放特性研究

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【摘要】：化石能源日益紧缺,排放法规日益严格,人类不得不寻找可再生能源替代化石能源。乙醇作为一种常见的代用燃料,来源广泛,辛烷值较高,具有很好的抗爆性,适合在汽油机上使用。用无水乙醇替代化石能源,能够提高汽油机压缩比,增加其热效率,本文采用含水乙醇部分替代汽油,其生产过程比无水乙醇生产过程缩减了脱水环节,减少了能耗,极大地降低了生产成本。缸内直喷(GDI)汽油机具有冷起动性能良好、油耗低、响应速度快等特点,能够实现稀薄燃烧、分层燃烧等燃烧模式。论文针对GDI汽油机燃用含水乙醇汽油排放特性相关基础问题,开展了汽油、E10W和E20W燃料的燃烧及排放特性研究,通过调节过量空气系数、点火定时、喷油时刻等来考察发动机控制参数对GDI汽油机燃用含水乙醇汽油的影响规律；同时,构建了乙醇汽油化学模型,探讨了含水乙醇汽油燃料排放特性,为降低其排放提供理论依据。 研究了GDI汽油机在中小转速各负荷工况下的燃烧与排放情况,讨论了不同控制参数下GDI汽油机燃用含水乙醇汽油的排放特性。研究结果表明,过量空气系数减小,缸内最高爆发压力、燃烧放热率峰值以及缸内最高燃烧温度升高,燃烧速率变快,CO、THC和排气中聚集态颗粒物和颗粒物排放总量逐渐增大。点火提前角增大,缸内压力峰值和压力升高率逐渐降低。随着发动机喷油时刻提前,瞬时放热率、缸内压力和压力升高率峰值增大；每种燃料都存在最佳喷油时刻来降低的CO、THC、NOX和颗粒物的排放量,排放量最低点受平均有效压力影响较大。 为节省乙醇汽油机理与CFD软件耦合工作时间,本文基于敏感性分析方法,对正庚烷、异辛烷和乙醇做了高温和低温敏感性分析,对甲苯以及甲苯前驱物做了物质敏感性分析,并通过反应路径分析,将敏感性系数较高以及对主要物质产生和消耗起重要作用的物质和化学反应方程保留,构造了具有134种物质和315种反应的简化化学动力学模型。修正相应的指前因子,并验证正庚烷、异辛烷、乙醇、甲苯和4组分燃料的着火延迟期,由结果得出,简化机理对着火延迟期具有较好的预测能力。
【关键词】：GDI汽油机 含水乙醇 排放特性 化学反应动力学
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK411.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 本课题研究背景9-11
• 1.1.1 汽车尾气排放造成的环境污染9-10
• 1.1.2 全球化石能源紧缺10-11
• 1.2 缸内直喷(GDI)汽油机的发展现状及颗粒物排放特点11-15
• 1.2.1 缸内直喷(GDI)汽油机的发展及现状11-14
• 1.2.2 颗粒物排放特点14-15
• 1.3 含水乙醇汽油燃料15-16
• 1.3.1 乙醇的理化特性15
• 1.3.2 含水乙醇汽油国内外研究现状15-16
• 1.4 本课题研究内容、目的及意义16-18
• 2 试验设备及试验燃料18-26
• 2.1 试验台架18-19
• 2.2 台架测试系统19-23
• 2.2.1 硬件部分19-20
• 2.2.2 软件部分20-23
• 2.3 DMS500颗粒物测试仪23-25
• 2.4 试验燃料25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 GDI汽油机燃用含水乙醇汽油燃烧特性和排放特性研究26-35
• 3.1 燃烧特性26-30
• 3.2 燃油经济性30-31
• 3.3 排放特性31-34
• 3.3.1 CO 排放31-32
• 3.3.2 THC 排放32
• 3.3.3 NO_X排放32-33
• 3.3.4 颗粒物排放33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 不同燃烧控制参数对含水乙醇汽油燃烧及排放特性的影响35-51
• 4.1 研究概述35
• 4.2 过量空气系数对燃烧及排放特性的影响35-40
• 4.3 点火定时对燃烧及排放特性的影响40-45
• 4.4 喷油时刻对燃烧及排放特性的影响45-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 乙醇汽油机理的研究51-68
• 5.1 CHEMKIN软件概述51-52
• 5.2 乙醇汽油机理的构建52-63
• 5.2.1 汽油机理的选择52-55
• 5.2.2 乙醇机理的选择55
• 5.2.3 排放物生成机理分析55-56
• 5.2.4 乙醇汽油简化机理的构建56-63
• 5.3 机理的验证63-67
• 5.3.1 正庚烷和异辛烷机理的验证63-64
• 5.3.2 乙醇机理的验证64-66
• 5.3.3 甲苯机理的验证66
• 5.3.4 4组分机理的验证66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 全文总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 工作展望69-70
• 参考文献70-75
• 发表论文和参加科研情况说明75-76
• 致谢76

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本文编号：1090616