缸内直喷汽油机微粒生成过程的可视化研究

发布时间：2017-08-02 01:15

  本文关键词：缸内直喷汽油机微粒生成过程的可视化研究

  更多相关文章： 缸内直喷汽油机 尾气排放 微粒生成过程 光源前置消光法

【摘要】：缸内直喷技术可以提高汽油机瞬态响应性并改善燃油经济性。但相比于传统进气道喷射汽油机,缸内直喷汽油机的微粒排放有所增加。随着排放法规的日益苛刻,汽油发动机尾气排放法规也数次更迭,并逐渐加入对微粒排放质量和数量的限制。因此,现阶段缸内直喷汽油机微粒控制技术已成为业内研究的重点和热点。研究缸内直喷汽油机微粒瞬态生成过程,明确微粒生成影响因素及影响规律对减少GDI发动机微粒排放至关重要。本文在青年科学基金项目“缸内直喷汽油机瞬态工况微粒生成过程的可视化研究”的支持下,搭建可视化光学测试试验平台,模拟缸内直喷汽油机缸内高温、高压环境,研究GDI发动机缸内微粒瞬态生成过程。本文主要研究工作包括以下四个方面:1.可视化试验平台搭建与测量方法设计:本文完成了可视化定容燃烧平台的整体设计,利用乙炔预燃烧模拟GDI汽油机缸内高温高压热力学环境。该平台主要包括定容燃烧器、燃油供给系统、进排气系统、光学测量系统等。为实现微粒生成过程精确测量,本文以传统消光法为基础建立光源前置消光法光学测量系统;并采用自然火焰发光度法监测缸内瞬态燃烧过程。2.进行典型工况微粒瞬态测量试验,研究缸内微粒瞬态生成过程,明确微粒生成过程的主要影响因素。试验表明,燃烧过程中自然火焰发光度和瞬时微粒生成质量无论在空间还是时间上均存在较高的一致性。缸内燃料燃烧过程中,微粒生成主要集中于两个区域:第一个区域是火焰前锋面,此区域伴随着剧烈的燃料裂解放热反应;第二个区域是火焰前锋面过后的缸内中心区域,微粒经历相对较长的氧化过程。过量空气系数和初始环境温度都会影响燃料高温裂解和微粒氧化过程,因此二者是影响微粒生成的主要因素。3.进行了不同过量空气系数对微粒生成过程的影响研究,明确了不同过量空气系数对微粒随时间和空间分布的影响规律。过量空气系数降低,微粒瞬时生成质量增加,主要体现在火焰前锋面和气缸中心微粒浓度升高,同时微粒瞬时质量峰值发生时刻也提前。主要由于过量空气系数改变高温裂解反应和微粒氧化反应速率,影响微粒瞬时生成质量。此外研究表明,油膜湿壁现象使缸壁附近微粒瞬时生成浓度高于气缸中心微粒瞬时生成浓度,因此合理有效组织缸壁附近气流运动、尽量避免燃油湿壁是降低缸内微粒瞬时生成质量的手段。4.进行了不同初始缸内环境温度对燃烧和微粒生成过程的影响研究:本文采用两种过量空气系数0.8和1.0作为基本实验条件,初始缸内环境温度分别设定为458K、493K、528K。标准混合气(λ=1.0)时,随环境温度升高,缸内微粒瞬时生成质量减少,尤其是火焰前锋面和缸体中心微粒浓度,且微粒生成持续期缩短。浓混合气(λ=0.8)时,环境温度对微粒生成过程影响较小,不同初始环境温度下微粒浓度及空间分布基本一致,但随环境温度升高,微粒生成持续期缩短。
【关键词】：缸内直喷汽油机 尾气排放 微粒生成过程 光源前置消光法
【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
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 前言10-11
• 1.2 排放法规的发展及微粒的危害11-15
• 1.2.1 排放法规的发展11-13
• 1.2.2 微粒的危害13-15
• 1.3 GDI微粒排放研究现状15-17
• 1.4 可视化测量技术研究现状17-19
• 1.5 主要研究内容19-20
• 第2章 试验平台整体设计20-36
• 2.1 可视化平台结构设计20-23
• 2.1.1 定容燃烧器20-21
• 2.1.2 燃油供给系统21-23
• 2.2 可视化平台工作原理23-27
• 2.3 测量方法及图像处理27-34
• 2.3.1 微粒测量方法27-31
• 2.3.2 发光度测量方法31-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 典型工况缸内微粒瞬态生成过程研究36-46
• 3.1 缸内环境边界条件设置36
• 3.2 典型工况缸内燃烧过程可视化研究36-40
• 3.3 典型工况缸内微粒生成过程可视化研究40-43
• 3.4 本章小结43-46
• 第4章 微粒瞬态生成过程影响因素研究46-66
• 4.1 试验方案46
• 4.2 过量空气系数对缸内微粒瞬态生成过程影响研究46-54
• 4.2.1 缸内燃烧过程可视化研究47-51
• 4.2.2 缸内微粒生成过程可视化研究51-54
• 4.3 环境温度对缸内微粒瞬态生成过程影响研究54-64
• 4.3.1 缸内燃烧过程可视化研究54-60
• 4.3.2 缸内微粒生成过程可视化研究60-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 全文总结及工作展望66-70
• 5.1 全文总结66-67
• 5.2 工作展望67-70
• 参考文献70-76
• 作者简介及科研成果76-78
• 致谢78

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本文编号：607022