基于辅助加热的复合喷射汽油机起动过程排放实验研究

发布时间：2020-11-07 09:24

　　 近几年,空气污染给环境带来的恶劣影响引起人们对环境保护的重视,节能减排已成为汽车行业可持续发展的必然趋势。本文研究了不同喷油比和缸内直喷时刻对汽油机催化器起燃特性和暖机过程排放特性的影响,并在复合喷射基础之上耦合了辅助加热技术,探究不同的辅助加热温度对催化器起燃特性的影响,为汽油机满足国VI排放法规提供理论支撑。本文研究内容主要分为两个部分,第一个部分主要研究复合喷射喷油策略对汽油机暖机过程排放的影响,实验结果表明复合喷射能有效的降低汽油机暖机过程中HC、PN排放,并存在一个最佳的喷油比和缸内直喷时刻。研究结果如下:1)暖机过程冷却液温度从30℃上升到80℃时,HC迅速降低、NOx逐渐升高;随着缸内喷油比例的增加,HC先减小后增加;NOx先升高后下降;随着直喷时刻的推迟,HC先升高后下降,在直喷时刻为60°CA BTDC时最低,继续推迟直喷时刻(40°CA BTDC)HC又有升高的趋势;NOx随直喷时刻的推迟,先升高后下降。2)暖机过程冷却液水温从30℃上升至80℃时,PN迅速降低;随着缸内喷油比例的增加,PN先减小后增加;随缸内喷射时刻的推迟,PN整体呈现减小的趋势,在直喷时刻为60°CA BTDC时最低,继续推迟直喷时刻(40°CA BTDC),PN又有上升的趋势;喷油策略对暖机过程粒径分布的影响与水温具有一定的耦合作用,冷却液温度在30℃~60℃,核膜态微粒随缸内直喷时刻的推迟,核膜态微粒逐渐上升,积聚态先上升后下降,并在直喷时刻为100°CA BTDC时最低,冷却温度在70℃~80℃时,核膜态微粒和积聚体微粒随缸内直喷时刻的推迟而迅速下降;随着缸内喷油比例的增加,冷却液温度在30℃~60℃时,核膜态和积聚态微粒先下降后上升,冷却液温度在70℃~80℃时,核膜态和积聚体微粒逐渐上升。第二个部分主要研究复合喷射喷油策略和辅助加热对汽油机催化器起燃特性的影响,结果表明辅助加热技术耦合复合喷射能有效的改善汽油机催化器起燃特性,详细结论如下所示:1)随缸内喷油比例的增加,催化器入口温度先增加后减小,催化起燃时间先减小后增加。2)随缸内直喷时刻的推迟,催化器入口温度先增加后减小,催化起燃时间先减小后增加。3)推迟点火能明显的改善催化器的起燃特性,推迟点火,催化器入口温度迅速增加,催化器起燃时间迅速缩短。但是过分的推迟点火提前角会使燃烧不稳定,动力性经济性下降。4)随过量空气系数增加,催化器入口温度迅速上升,催化起燃时间缩短,但过分的增加过量空气系数,虽然催化起燃时间很短,但是催化器的最大转化效率迅速下降。5)辅助加热技术能有效的降低起动时HC排放,并能缩短催化器起燃时间。预热温度越高,催化器入口温度越高,起燃时间越短,当预热温度为60℃时,催化器起燃时间仅为90s,相对于不加辅助加热器降低了33.3%。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK411.5
【部分图文】：

第 1 章 绪 论第 1 章 绪 论引言随着人类文明的进步以及科技的飞速发展，人民生活对物质的需求不断扩为人们的主要交通工具之一，其保有量持续攀升。从 2012 年到 2018 年，从 1.2 亿辆增至 2.3 亿辆，预计到 2020 年汽车保有量将增至 2.8 亿辆，如。然而伴随着汽车保有量的增加，严重的环境污染和能源紧缺问题接踵而 2050 年仍有 58%的轻型车会采用内燃机作为其动力源[1]，这对未来的能源将是巨大的考验。

如图1.2 所示为汽油机起动过程 HC 随时间的排放量。从图中可以看出汽油机在刚起动后的 30s 以内，由于缸内温度低，燃油的蒸发雾化很差，再加上过浓的混合气，大量的燃料未能进行正常的燃烧，三元催化尚未起燃，在起动后前 5s 内 HC 的瞬时排放量达到了 2700ppm，是催化器起燃后的 100 倍左右。图 1.2 汽油机起动过程 HC 排放汽油机的冷起动时，发动机缸内温度低，喷入缸内的燃油蒸发雾化差，缸内失火严重，为了保证发动机能顺利起动，必须向缸内喷入过浓混合气才能实现火花塞点火的有效着火，因此在汽油机冷起动时排放出大量的未燃 HC[20]。具体的导致汽油机冷

图 1.3 汽油机起动过程 CO 排放保部最新颁布的国 VI 排放法规，与国 V 法规相比，国 VI 排常规气体排放限值降低了约 50%[31]。控制 CO 的排放量成为应大挑战。CO 是 HC 燃料在燃烧化学反应的中间产物，据研究起动和暖机阶段占整个测试循环的 50%以上[32-33]。如图 1.3 为放。由图可知，在汽油机刚起动后，CO 排放值达到了峰值， 倍。随着发动机温度的升高，缸内燃烧状态的好转，CO 排放功后的 100s 时，由于催化器的起燃，CO 排放迅速降低。因此 排放量和加速催化器起燃是降低 CO 排放的重要手段。动过程对颗粒物排放的影响颗粒物的形成过程十分复杂，对于碳烟的形成目前还没有明确
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本文编号：2873752