缸内直喷点燃式甲醇发动机冷启动试验研究

发布时间：2017-03-17 10:04

  本文关键词：缸内直喷点燃式甲醇发动机冷启动试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源问题和环境问题是如今困扰人类的大问题，环境与能量问题相伴相生。只从第二次工业革命开始以来，人类对于化石燃料的广泛应用，使得化石能源被大量消耗，同时对环境造成了大量的污染，使得环境恶化。特别是近百年，汽车工业的产生并高速发展，使得这种情况严重加剧。据统计汽车燃料消耗占石油消耗总量的35%以上。因此，开发代用燃料对减缓能源危机是势在必行的。我国是富煤缺油少气的国家，因此发展甲醇作为车用代用燃料在我国是符合国情的。 使用甲醇作为代用燃料的意义：（1）甲醇可以代替石油制品作为车用能源，以此来缓解我国的石油危机，减轻对进口石油的依赖度，保障石油安全；（2）甲醇作为含氧燃料可以减轻排放对环境污染；（3）甲醇生产来源广泛，作为产煤大国，在我国可以考虑煤制甲醇，符合我国国情；（4）甲醇生产技术纯熟，运输储存技术完善，不需要进行从新开发；（5）甲醇作为代用燃料可以补充我国的石油储备，减缓能源危机。 甲醇的理化特性与汽油相似，对现有的发动机系统不需要进行太大的改动。而且甲醇作为含氧燃料，甲醇可以改善排放，同时甲醇的辛烷值高于汽油，如果开发纯甲醇发动机，可以得到更高的热效率和输出功率。 通过实验发现，伴随着常规排放的降低，非常规排放则增加很多。甲醇的非常规排放主要是未燃甲醇和甲醛。甲醇具有较大的气化潜热，冷起动困难，因此在冷起动工况时，非常规排放的量也大大增加。对于甲醇冷起动困难的问题，学术界已经有了较为成熟的解决办法，本文将验证缸内直喷对甲醇冷起动的改善。 本文针对甲醇燃料冷起动困难的问题，进行了甲醇缸内直喷发动机冷起动实验。为了研究甲醇缸内直喷发动机的性能，本文选择了一款四缸缸内直喷点燃式发动机作为实验发动机，并搭建了实验台架。同时本文建立了对甲醇和汽油的常规排放物的采集和检测系统，并采用色谱分析和光谱分析联用的方式，建立了对甲醇非常规排放物的采集和检测系统。本文主要是对缸内直喷甲醇发动机冷起动工况的边界条件进行调节，讨论各个边界条件对甲醇冷起动性能的影响。进行甲醇实验的同时，本文在相同条件下进行了汽油冷起动实验，对甲醇和汽油的冷起动性能进行对比分析。通过对实验结果的分析本文得到以下结论： （1）甲醇作为代用燃料，其常规排放性能优于汽油，在冷起动工况下甲醇的常规排放低于汽油，其常规排放中的HC排放约为汽油的十分之一，CO约为汽油的二分之一，因此使用甲醇作为代用燃料可以起到降低常规排放的效果。 （2）甲醇的冷起动性较差。通过实验发现，使用缸内直喷甲醇发动机，当环境温度低于6℃时发动机很难起动，因此使用缸内直喷甲醇发动机在冬季和较为寒冷的地区需要进气预热系统。 （3）甲醇的冷起动工况的经济性优于汽油。通过实验发现，在冷起动工况中相对于相等碳当量的甲醇和汽油进行对比，甲醇的起动循环数小于汽油，且甲醇的市价约为汽油的一半，因此可以得出结论，甲醇的起动动力性和经济性优于汽油。 （4）甲醇发动机的甲醛和未燃甲醇排放的变化趋势相反，但是两者在数值变化上并没有确定的联系。冷起动工况中，未燃甲醇的排放量较大，甲醛排放量约为未燃甲醇十分之一左右，因此可以得出结论，在缸内燃烧过程中，参与燃烧的甲醇反映较为完全。 （5）本文的非常规排放的测量方式使用的是气相色谱法与分光光度法相结合的方式。通过实验验证，该测量方式精度较高，误差在5%以内，测量方式可行。
【关键词】：甲醇发动机 甲醛 冷起动 缸内直喷 排放特性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK464
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目录10-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 引言12-14
• 1.2 GDI 技术的起源与发展14-15
• 1.3 代用燃料简介15-18
• 1.4 甲醇燃料分析18-22
• 1.4.1 甲醇理化特性18
• 1.4.2 甲醇燃料的优缺点18-22
• 1.5 甲醛的理化特性与危害22-25
• 1.5.1 甲醛理化特性22-24
• 1.5.2 甲醛的毒性24-25
• 1.6 国内外甲醇汽车的发展与应用25-27
• 1.6.1 国外的发展与应用25-26
• 1.6.2 国内的发展与应用26-27
• 1.7 本文主要内容27-28
• 第2章 发动机台架及自主实验 ECU 介绍28-38
• 2.1 发动机实验台架28-29
• 2.2 仪器设备简介29-35
• 2.3 实验 ECU 简介35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 排放物采集与检测系统38-52
• 3.1 排放物的采集测量方式38
• 3.2 常规排放的采集检测系统38-39
• 3.3 非常规排放物的采集检测系统39-41
• 3.3.1 非常规排放物检测系统39
• 3.3.2 甲醛的检测方式39-40
• 3.3.3 非常规排放的采样系统40-41
• 3.4 色谱介绍41-44
• 3.4.1 色谱的历史和发展41-43
• 3.4.2 气相色谱原理43-44
• 3.5 光谱分析法介绍44-46
• 3.5.1 光谱分析法历史和发展44-45
• 3.5.2 紫外-可见吸收光谱原理45-46
• 3.6 样品的检测与分析46-51
• 3.6.1 样品的采集46-47
• 3.6.2 非常规排放分析方法47-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第4章 实验过程及结果分析52-86
• 4.1 实验过程52-53
• 4.2 实验结果分析53-83
• 4.2.1 喷油脉宽对冷起动工况燃烧和排放的影响53-61
• 4.2.1.1 喷油脉宽对冷起动工况燃烧的影响54-56
• 4.2.1.2 喷油脉宽对冷起动工况常规排放的影响56-59
• 4.2.1.3 喷油脉宽对冷起动工况非常规排放的影响59-61
• 4.2.2 点火提前角对冷起动工况燃烧和排放的影响61-67
• 4.2.2.1 点火提前角冷起动工况对燃烧的影响61-63
• 4.2.2.2 点火提前角对冷起动工况常规排放的影响63-66
• 4.2.2.3 点火提前角对冷起动工况非常规排放的影响66-67
• 4.2.3 喷油提前角对冷起动工况排放和燃烧的影响67-73
• 4.2.3.1 喷油提前角对冷起动工况燃烧的影响67-69
• 4.2.3.2 喷油提前角对冷起动工况常规排放的影响69-72
• 4.2.3.3 喷油提前角对冷起动工况非常规排放的影响72-73
• 4.2.4 节气门开度对冷起动工况排放和燃烧的影响73-78
• 4.2.4.1 节气门开度对冷起动工况燃烧的影响73-74
• 4.2.4.2 节气门开度对冷起动工况常规排放的影响74-77
• 4.2.4.3 节气门开度对冷起动工况非常规排放的影响77-78
• 4.2.5 环境温度对冷起动工况排放和燃烧的影响78-83
• 4.2.5.1 环境温度对冷起动工况燃烧的影响78-79
• 4.2.5.2 环境温度对冷起动工况常规排放的影响79-82
• 4.2.5.3 环境温度对冷起动工况非常规排放的影响82-83
• 4.3 本章小结83-86
• 第5章 全文总结与展望86-88
• 5.1 全文总结86-87
• 5.2 工作展望87-88
• 参考文献88-92
• 致谢92

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本文编号：252706