汽油/乙醇双燃料复合喷射技术燃烧和排放性能的研究
发布时间：2022-01-04 17:33
在解决未来能源和环境问题方面,乙醇被认为是一种具有较大潜力的替代燃料。但现有的汽油和乙醇混合燃料在使用方法上没有充分利用乙醇的优势。由此产生了一种新型的内燃机技术-双燃料复合喷射技术,即乙醇直接喷射加上汽油进气道喷射（EDI+GPI:ethanol direct injection and gasoline Port injection）,提供了一种更高效利用乙醇燃料性质的新方法。本课题在一台气道喷射的单缸四冲程汽油机上加装了一套乙醇缸内直喷系统,使之成为双喷射发动机。研究了汽油/乙醇复合喷射策略对发动机燃烧和排放性能的影响,并建立了相应的三维流体动力学模型,详细分析缸内各区域的温度和组分分布特点,探明了缸内污染物生成机理。由试验数据与模拟结果可知:（1）依据试验数据,汽油机加喷乙醇后,随乙醇能量占比的增加,乙醇较快的火焰传播速度使燃烧放热加快,缸内整体燃烧相位提前,最大爆发压力Pmax增高;燃烧持续期CA50（燃料燃烧50%时曲轴转过的角度）和CA90（燃料燃烧90%时曲轴转过的角度）都逐渐缩短;指示热效率增加;发动机容积效率提高,指示平均有效压力（IMEP:indicated me...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国民用汽车保有量Fig1.1CiviliancarownershipofChina
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文2图1.2中国石油消费总量Fig1.2TotaloilconsumptionofChina随着机动车保有量的持续增长，势必造成环境污染的加剧，机动车排放的污染物以及与交通源相关的主要污染有一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）、碳氢化合物（HC，包括苯、苯并芘）和微粒（PM）等。根据生态环境部发布的2018年中国机动车环境管理年报可知，2017年，全国机动车四项污染物排放总量初步可算为4359.3万吨[4]。其中，CO排放量为3327.3万吨，HC排放量为407.1万吨，NOx排放量为574.3万吨，PM排放量为50.9万吨。汽车是机动车大气污染排放的罪魁祸首，它排放的CO和HC超过总排放量的80%，NOx和PM超过总排放量的90%。空气中污染物浓度过大会影响人体健康，给人类生存环境带来了严重威胁。为减少内燃机排放物，推动内燃机技术的发展，世界主要国家和地区都先后制定了相应的排放法规，分阶段逐步控制内燃机污染物排放量。我国自2000年起也施行了国Ⅰ排放法规；2020年开始施行国Ⅵa排放法规，经过三年的过渡时期，到2023年施行国Ⅵb排放法规，如图1.3所示。相较于国Ⅵa排放限值，国Ⅵb阶段的CO、NOx、THC、非甲烷碳氢（NMHC）和PM排放量要相应减少28.5%、41.7%、50%、48.5%和33.3%，这是相当严格的标准[5]。此外，国Ⅵ标准比国Ⅴ标准新增了N2O和汽油PN的排放限值。
第一章绪论3图1.3中国轻型汽车排放限值Fig1.3EmissionlimitsforlightvehiclesinChina随着全球范围内化石燃料的枯竭以及温室效应的增强促使当今社会急需寻求化石燃料的替代品。代用燃料在发动机上的应用研究一直在进行，这不仅是出于对能源安全的考虑，也是缓解汽油、柴油对大气污染的现实需求。目前，液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG）等烃类燃料，醇类燃料中乙醇汽油，脂类燃料中生物柴油（甲酯）等代用燃料早已在某些地区和城市推广使用，此外还有各种醚类燃料，如二甲醚（DME），氢气等代用燃料也在研究开发中。研发高效燃烧的内燃机技术，也是实现节能减排的重要途径。高增压小型化发动机、缸内直喷（GDI：gasolinedirectinjection）、均质压燃（HCCI：homogeneouschargecompressionignition）以及双燃料复合喷射技术（DF：duelfuel）等都是实现高效燃烧的主要技术途径和研究方向。1.2研究现状1.2.1乙醇替代燃料在内燃机上的应用目前醇类替代燃料中甲醇和乙醇已经被实际应用。乙醇主要来源于含糖类及淀粉类植物的果实和秸秆，是应用最广泛的生物燃料。跟甲醇一样，乙醇也具有辛烷值高、含氧量高的特点，并且与汽油的互溶性较强，但腐蚀性和对人体的毒性比甲醇要轻得多，更适宜做为替代燃料。低比例的乙醇汽油混合燃料可以允许发动机不作任何改动，因此E10（乙醇体积占比为10%）混合燃料目前在全世界应用最为广泛，也有少量E15乙醇汽油。2017年由国家15部委联合下发的《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》明确提出至2020年全国范围内基本实现车用E10燃料全覆盖，以及至2025年前，实现纤维素乙醇（Ligno-cellulosicBio-Ethanol）的规模化生产的目标[6]。预计2020年，中国车用乙醇燃料产量将超过800万吨，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]乙醇DI/汽油PFI发动机性能与排放特性[J]. 康瑞,冯登全,卫海桥,华剑雄,周磊. 内燃机学报. 2019(01)
[2]乙醇汽油对发动机性能和排气噪声影响的试验研究[J]. 邱森,黄华,袁兆成,陈振斌,施兵峰. 汽车工程. 2016(05)
[3]乙醇汽油混合燃料颗粒物排放的特性[J]. 白代彤,王锡斌,蔡建,张红阳. 内燃机学报. 2012(06)
[4]乙醇汽油发动机非常规排放及其催化转化的研究[J]. 刘方杰,魏衍举,刘圣华,朱赞,李广乐. 西安交通大学学报. 2010(01)
[5]内燃机燃烧研究及面临的挑战[J]. 黄佐华,蒋德明,王锡斌. 内燃机学报. 2008(S1)
[6]乙醇柴油汽油混合燃料的燃烧与排放特性[J]. 杜宝国,隆武强,魏胜利,董全,许锋. 汽车工程. 2008(03)
[7]汽油机燃用E10含水乙醇/汽油的试验研究[J]. 胡江,颜文胜,刘立东,徐亚飞,王启峰,刘学渊,张维,梁晓瑜. 内燃机与动力装置. 2007(01)
博士论文
[1]乙醇直接喷射加汽油进气道喷射点燃式发动机燃烧过程研究[D]. 黄御寒.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]乙醇—汽油混合燃料增压直喷发动机早燃现象及爆震过程机理的研究[D]. 李瑞晨.山东建筑大学 2019
本文编号：3568767
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国民用汽车保有量Fig1.1CiviliancarownershipofChina
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文2图1.2中国石油消费总量Fig1.2TotaloilconsumptionofChina随着机动车保有量的持续增长，势必造成环境污染的加剧，机动车排放的污染物以及与交通源相关的主要污染有一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）、碳氢化合物（HC，包括苯、苯并芘）和微粒（PM）等。根据生态环境部发布的2018年中国机动车环境管理年报可知，2017年，全国机动车四项污染物排放总量初步可算为4359.3万吨[4]。其中，CO排放量为3327.3万吨，HC排放量为407.1万吨，NOx排放量为574.3万吨，PM排放量为50.9万吨。汽车是机动车大气污染排放的罪魁祸首，它排放的CO和HC超过总排放量的80%，NOx和PM超过总排放量的90%。空气中污染物浓度过大会影响人体健康，给人类生存环境带来了严重威胁。为减少内燃机排放物，推动内燃机技术的发展，世界主要国家和地区都先后制定了相应的排放法规，分阶段逐步控制内燃机污染物排放量。我国自2000年起也施行了国Ⅰ排放法规；2020年开始施行国Ⅵa排放法规，经过三年的过渡时期，到2023年施行国Ⅵb排放法规，如图1.3所示。相较于国Ⅵa排放限值，国Ⅵb阶段的CO、NOx、THC、非甲烷碳氢（NMHC）和PM排放量要相应减少28.5%、41.7%、50%、48.5%和33.3%，这是相当严格的标准[5]。此外，国Ⅵ标准比国Ⅴ标准新增了N2O和汽油PN的排放限值。
第一章绪论3图1.3中国轻型汽车排放限值Fig1.3EmissionlimitsforlightvehiclesinChina随着全球范围内化石燃料的枯竭以及温室效应的增强促使当今社会急需寻求化石燃料的替代品。代用燃料在发动机上的应用研究一直在进行，这不仅是出于对能源安全的考虑，也是缓解汽油、柴油对大气污染的现实需求。目前，液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG）等烃类燃料，醇类燃料中乙醇汽油，脂类燃料中生物柴油（甲酯）等代用燃料早已在某些地区和城市推广使用，此外还有各种醚类燃料，如二甲醚（DME），氢气等代用燃料也在研究开发中。研发高效燃烧的内燃机技术，也是实现节能减排的重要途径。高增压小型化发动机、缸内直喷（GDI：gasolinedirectinjection）、均质压燃（HCCI：homogeneouschargecompressionignition）以及双燃料复合喷射技术（DF：duelfuel）等都是实现高效燃烧的主要技术途径和研究方向。1.2研究现状1.2.1乙醇替代燃料在内燃机上的应用目前醇类替代燃料中甲醇和乙醇已经被实际应用。乙醇主要来源于含糖类及淀粉类植物的果实和秸秆，是应用最广泛的生物燃料。跟甲醇一样，乙醇也具有辛烷值高、含氧量高的特点，并且与汽油的互溶性较强，但腐蚀性和对人体的毒性比甲醇要轻得多，更适宜做为替代燃料。低比例的乙醇汽油混合燃料可以允许发动机不作任何改动，因此E10（乙醇体积占比为10%）混合燃料目前在全世界应用最为广泛，也有少量E15乙醇汽油。2017年由国家15部委联合下发的《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》明确提出至2020年全国范围内基本实现车用E10燃料全覆盖，以及至2025年前，实现纤维素乙醇（Ligno-cellulosicBio-Ethanol）的规模化生产的目标[6]。预计2020年，中国车用乙醇燃料产量将超过800万吨，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]乙醇DI/汽油PFI发动机性能与排放特性[J]. 康瑞,冯登全,卫海桥,华剑雄,周磊. 内燃机学报. 2019(01)
[2]乙醇汽油对发动机性能和排气噪声影响的试验研究[J]. 邱森,黄华,袁兆成,陈振斌,施兵峰. 汽车工程. 2016(05)
[3]乙醇汽油混合燃料颗粒物排放的特性[J]. 白代彤,王锡斌,蔡建,张红阳. 内燃机学报. 2012(06)
[4]乙醇汽油发动机非常规排放及其催化转化的研究[J]. 刘方杰,魏衍举,刘圣华,朱赞,李广乐. 西安交通大学学报. 2010(01)
[5]内燃机燃烧研究及面临的挑战[J]. 黄佐华,蒋德明,王锡斌. 内燃机学报. 2008(S1)
[6]乙醇柴油汽油混合燃料的燃烧与排放特性[J]. 杜宝国,隆武强,魏胜利,董全,许锋. 汽车工程. 2008(03)
[7]汽油机燃用E10含水乙醇/汽油的试验研究[J]. 胡江,颜文胜,刘立东,徐亚飞,王启峰,刘学渊,张维,梁晓瑜. 内燃机与动力装置. 2007(01)
博士论文
[1]乙醇直接喷射加汽油进气道喷射点燃式发动机燃烧过程研究[D]. 黄御寒.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]乙醇—汽油混合燃料增压直喷发动机早燃现象及爆震过程机理的研究[D]. 李瑞晨.山东建筑大学 2019
本文编号：3568767
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