氢气对稀燃汽油机燃烧循环变动影响的研究

发布时间：2017-07-20 14:19

  本文关键词：氢气对稀燃汽油机燃烧循环变动影响的研究

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【摘要】：近年来,随着能源危机和环境问题的日益突出,节能减排是目前全球汽车行业共同努力的目标,而发动机稀薄燃烧技术正是实现这一目标的有效手段。尤其是对于保有量最大的汽油发动机而言,稀燃汽油机相比于均质汽油机热效率更高,燃油经济性更好,排放水平更低。但是点燃式发动机循环变动的存在却在很大程度上制约了稀燃的程度,严重影响了发动机的经济性和排放性,与节能减排的目标相违背。因此如何降低稀燃时汽油机循环变动的程度成为了利用稀薄燃烧技术的关键。本文结合国家自然基金项目 氢气缸内直喷局部富氢稀燃汽油机及其混合动力汽车节能机理研究‖,开展了氢气对稀燃汽油机循环变动随发动机运转参数变化规律影响的研究。研究内容及主要结论如下:(1)针对在研究点燃式发动机循环变动过程中常采用的三种点火提前角取法,即固定点火提前角取法、循环变动最小值点火提前角取法和最佳点火提前角取法,分别在纯汽油模式和混氢模式下进行了讨论分析,最终从结论唯一性、试验可操作性、发动机动力性和排放特性等方面综合考虑,最佳点火提前角取法在两种燃烧模式下均是最合理的方案。(2)研究发现,采用混氢的方式可以明显降低稀燃汽油机循环变动程度,同时氢气的加入对稀燃汽油机的动力水平和综合排放水平没有产生不利的影响,验证了通过混氢来降低稀燃汽油机循环变动这一方法的可行性。(3)本文以已燃烧燃料的质量分数(Mass of Fuel Burned)来定义燃烧持续期。通过相同工况下发动机循环变动和燃烧持续期参数的对比,建立了两者间的对应关系,即燃烧持续期越长,相应的燃烧循环变动程度越大,反之亦然。研究发现,针对本试验掺氢比例较小且稀燃的工况,0-10%MFB燃烧持续期与发动机循环变动的关联更加紧密,只要某工况点对应的0-10%MFB燃烧持续期小于33°CA,则发动机便可以实现较稳定燃烧。(4)针对氢气对稀燃汽油机循环变动随点火提前角变化规律的影响,研究发现,混氢后0-10%MFB燃烧持续期和10-90%MFB燃烧持续期随点火提前角的变化规律未发生改变,但对应燃烧持续期缩短;发动机循环变动随点火提前角先降后升的总体趋势也未发生变化,但相同工况下混氢后平均指示压力变动系数(Co VIMEP)最小值对应点火提前角变小。(5)针对氢气对稀燃汽油机循环变动随过量空气系数变化规律的影响,研究发现,混氢前后0-10%MFB燃烧持续期和10-90%MFB燃烧持续期均随过量空气系数增大而延长;混氢前后发动机循环变动均随过量空气系数的增大而升高,但随着过量空气系数的增大,混氢后Co VIMEP下降的幅度增大,说明氢气的加入可以明显拓宽汽油机的稀燃极限。(6)针对氢气对稀燃汽油机循环变动随节气门开度变化规律的影响,研究发现,混氢前后0-10%MFB燃烧持续期和10-90%MFB燃烧持续期均随节气门开度增大而缩短,且在试验工况下,混氢后0-10%MFB燃烧持续期缩短至33°CA以内,因此氢气的加入改变了相同条件下发动机循环变动随节气门开度的变化规律,混氢前Co VIMEP会随节气门开度的增大出现一个较大幅度的下降,而混氢后Co VIMEP则是在更低水平的小区间内变动。但是当过量空气系数更大时,混氢后Co VIMEP也会随着节气门开度的增大出现较大幅度的下降,与较小过量空气系数时的纯汽油模式相似。(7)针对氢气对稀燃汽油机循环变动随发动机转速变化规律的影响,研究发现,混氢后0-10%MFB燃烧持续期和10-90%MFB燃烧持续期随发动机转速的变化规律未发生改变;当节气门开度较大且过量空气系数较小时,混氢前后Co VIMEP基本一致且不随转速变化而变化;当节气门开度较小或过量空气系数较大时,氢气的加入改变了循环变动随发动机转速的变化规律,使得Co VIMEP仍可不随转速变化而变化,增强了发动机循环变动对转速的适应性。综上所述,掺混氢气在一定程度上改变了循环变动随发动机运转参数的变化规律,通过掺混氢气可以在保证稀燃汽油机动力性和排放性的同时改善其循环变动水平,使汽油机可以更充分地利用稀薄燃烧技术提高其经济性和排放性,实现节能减排的目的。
【关键词】：汽油机 掺混氢气 稀薄燃烧 循环变动 燃烧持续期
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK411
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 能源危机12-13
• 1.1.2 环境污染13-14
• 1.2 氢气在汽车领域的应用14-21
• 1.2.1 氢燃料的特性14-16
• 1.2.2 氢气在汽车领域的国内外研究现状16-21
• 1.2.2.1 氢燃料电池汽车国内外研究现状16-17
• 1.2.2.2 纯氢发动机汽车国内外研究现状17
• 1.2.2.3 天然气掺氢发动机国内外研究现状17-19
• 1.2.2.4 柴油掺氢发动机国内外研究现状19-20
• 1.2.2.5 汽油掺氢发动机国内外研究现状20-21
• 1.3 关于发动机循环变动的研究21-25
• 1.3.1 发动机循环变动对其性能的影响21-22
• 1.3.2 国内外针对发动机循环变动的研究现状22-25
• 1.3.2.1 纯氢发动机循环变动国内外研究现状22-23
• 1.3.2.2 天然气发动机循环变动国内外研究现状23-24
• 1.3.2.3 汽油发动机循环变动国内外研究现状24-25
• 1.4 本文研究内容及课题意义25-28
• 第2章 发动机试验平台介绍28-36
• 2.1 试验台架及设备介绍28-33
• 2.1.1 试验台架介绍28-29
• 2.1.2 测功机和测功机控制系统29-30
• 2.1.3 燃烧分析仪30-31
• 2.1.4 排放分析仪31
• 2.1.5 油耗仪31
• 2.1.6 lambda测量仪31-32
• 2.1.7 氢气流量计32
• 2.1.8 气体检测报警仪32-33
• 2.2 试验方案及表征参数选择33-34
• 2.2.1 试验方案33
• 2.2.2 循环变动表征参数的选择33-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第3章 氢气对稀燃汽油机循环变动随点火提前角变化规律的影响及点火提前角的取法36-58
• 3.1 稀燃纯汽油模式发动机循环变动随点火提前角的变化规律36-40
• 3.1.1 稀燃纯汽油模式下点火提前角对发动机循环变动的影响36-37
• 3.1.2 稀燃纯汽油模式下点火提前角对燃烧持续期的影响37-39
• 3.1.3 MCV点火提前角存在的原因分析39-40
• 3.2 纯汽油模式下循环变动研究点火提前角的取法40-48
• 3.2.1 固定点火提前角取法41-42
• 3.2.2 MCV点火提前角取法与MBT点火提前角取法对比42-48
• 3.3 混氢后氢气对稀燃汽油机循环变动随点火提前角变化规律的影响48-51
• 3.4 混氢模式下循环变动研究点火提前角的取法51-52
• 3.5 混氢后氢气对稀燃汽油机动力性和排放特性的影响52-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第4章 氢气对稀燃汽油机循环变动随发动机运转参数变化规律的影响58-86
• 4.1 氢气对稀燃汽油机循环变动随过量空气系数变化规律的影响58-68
• 4.2 氢气对稀燃汽油机循环变动随节气门开度变化规律的影响68-77
• 4.3 氢气对稀燃汽油机循环变动随发动机转速变化规律的影响77-84
• 4.4 本章小结84-86
• 第5章 全文总结及工作展望86-90
• 5.1 全文总结86-87
• 5.2 工作展望87-90
• 参考文献90-96
• 作者简介96-98
• 致谢98-99

【参考文献】

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本文编号：568461