涡轮增压直喷汽油机进气管道喷水热力学原理分析和实验研究
发布时间：2021-10-07 16:53
增压、小型化是汽油机的主要发展方向之一,然而增压后汽油机的热负荷提高,爆震倾向加重。实际应用中通常采用推迟点火提前角、减小压缩比和加浓混合气的方法减缓爆震,但是牺牲了涡轮增压直喷汽油机动力性能和热效率。由于水具有较高的气化潜热和比热值,喷水技术在涡轮增压直喷汽油机排放的降低、性能的优化和热效率的提升方面优势明显,特别是对涡轮增压直喷汽油机爆震的抑制效果显著,是涡轮增压直喷汽油机性能强化的有效手段。进气管道喷水对涡轮增压直喷汽油机产生的影响主要有进气冷却作用和工质物性参数改变两个方面,阐明这两个作用影响力度的主次可以为涡轮增压直喷汽油机的进步提供理论支持。本文以涡轮增压直喷汽油机进气管道喷水为研究对象,以涡轮增压直喷汽油机工作过程的热力学理论为基础,采用热力学理论分析、实验验证、数值模拟的方法,明确涡轮增压直喷汽油机喷水技术的基础热力学原理,阐明涡轮增压直喷汽油机喷水技术的作用机制和节能减排机理,为涡轮增压直喷汽油机喷水技术的开发、应用提供全面的理论支持。本文主要研究内容及结论如下:（1）涡轮增压直喷汽油机进气管道喷水的热力学原理分析。在理想等容吸热循环的基础上分析喷水对各个热力过程的影...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
宝马发动机水喷射技术展示Fig.1.1ExhibitionofBMWengineequippedwithwaterinjection
1绪论3从空气中吸收热量蒸发，从而降低进入气缸的工质初始温度。而且水较高的比热也会对缸内热力学过程产生影响，特别是会对工质温升有一个限制作用。由于氮氧化物（NOx）生成条件之一是高温，因此缸内整体温度的降低会直接抑制NOx的生成。图1.2博世喷水系统Fig.1.2WaterinjectionsystemfromBOSCHcompany因此，水的介入是抑制汽油机爆震、降低发动机排放的有效技术手段，为车用发动机的进步提供了新的方向。开展发动机喷水技术的基础热力学原理研究，阐明发动机喷水技术实验现象背后的机理，可以为先进车用发动机喷水系统的开发应用提供思路，对车用发动机的持续进步具有重要意义。1.2发动机加水的实现方式和作用机制就目前而言，主要有三种技术手段可以实现发动机加水：燃油掺水乳化、缸内直接喷水（DirectWaterInjection，DWI）、进气管道喷水。孔祥昆对发动机加水的各种实现方式进行了详细对比分析[40]；同济大学的袁璐瑶[41]和密歇根大学的Rohit[42]细致分析了发动机加水所带来的影响。①发动机加水的主要技术手段1）燃油掺水乳化。燃油掺水乳化技术主要是对燃料进行改造，在燃料进入气缸前和水混合，同时加入乳化剂形成稳定的悬浮液。目前，这种技术主要用于压燃式发动机燃料的性能优化。燃油掺水乳化的优点为：a.成本较低；b.可以降低
重庆大学博士学位论文4颗粒物（ParticulateMatter，PM）排放；c.不影响发动机可靠性；d.水的消耗量较小；e.不会造成油耗的增加；f.发动机结构设计保持不变；燃油掺水乳化的缺点有：a.最大掺水量较小，对NOx排放的降低作用有限；b.需要乳化剂，而目前还不明确乳化剂的长期使用是否会对发动机造成腐蚀等有害影响；c.水-油比为定值，不能在所有发动机运行工况发挥其最佳性能[105]。2）缸内直接喷水，如图1.3(a)所示。缸内直接喷水是利用原喷油系统或者独立的喷水系统在高压下直接将水喷入气缸内参与燃烧，该方法的优点是水-油比可以达到较高的水平，因此对NOx排放有很好的降低作用，该方法的缺点是：a.需要对发动机结构做较大改造；b.喷水嘴的使用寿命较短；c.燃油消耗量增加；d.颗粒排放量增加；e.成本较高[40]。3）进气管道喷水，如图1.3(b)所示。这种方法是将水蒸气或者将液态水雾化后喷入进气管道，随着空气进入燃烧室，水的加入使工质热容量增加，从而起到降低燃烧温度的作用，以致大幅度降低NOx排放，该方法的优点是：a.进气道可以进入大量的水，促使排放尾气中的NOx大幅度的降低；b.克服了燃油掺水乳化技术中的只能有限地降低NOx缺点，也不需要对发动机结构做较大的改造；c.油耗降低；这种方法的缺点是对PM排放没有降低作用，只能保持PM排放不恶化[105]。(a)缸内喷水示意图(b)进气管道喷水示意图图1.3发动机喷水技术示意图Fig.1.3Schematicdiagramofwaterinjectionsystemconfiguration②发动机加水的机理1）油水乳化。对于乳化燃料来说，本身就是水和燃油的乳化物。在水喷射技喷水器喷水器
本文编号：3422423
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
宝马发动机水喷射技术展示Fig.1.1ExhibitionofBMWengineequippedwithwaterinjection
1绪论3从空气中吸收热量蒸发，从而降低进入气缸的工质初始温度。而且水较高的比热也会对缸内热力学过程产生影响，特别是会对工质温升有一个限制作用。由于氮氧化物（NOx）生成条件之一是高温，因此缸内整体温度的降低会直接抑制NOx的生成。图1.2博世喷水系统Fig.1.2WaterinjectionsystemfromBOSCHcompany因此，水的介入是抑制汽油机爆震、降低发动机排放的有效技术手段，为车用发动机的进步提供了新的方向。开展发动机喷水技术的基础热力学原理研究，阐明发动机喷水技术实验现象背后的机理，可以为先进车用发动机喷水系统的开发应用提供思路，对车用发动机的持续进步具有重要意义。1.2发动机加水的实现方式和作用机制就目前而言，主要有三种技术手段可以实现发动机加水：燃油掺水乳化、缸内直接喷水（DirectWaterInjection，DWI）、进气管道喷水。孔祥昆对发动机加水的各种实现方式进行了详细对比分析[40]；同济大学的袁璐瑶[41]和密歇根大学的Rohit[42]细致分析了发动机加水所带来的影响。①发动机加水的主要技术手段1）燃油掺水乳化。燃油掺水乳化技术主要是对燃料进行改造，在燃料进入气缸前和水混合，同时加入乳化剂形成稳定的悬浮液。目前，这种技术主要用于压燃式发动机燃料的性能优化。燃油掺水乳化的优点为：a.成本较低；b.可以降低
重庆大学博士学位论文4颗粒物（ParticulateMatter，PM）排放；c.不影响发动机可靠性；d.水的消耗量较小；e.不会造成油耗的增加；f.发动机结构设计保持不变；燃油掺水乳化的缺点有：a.最大掺水量较小，对NOx排放的降低作用有限；b.需要乳化剂，而目前还不明确乳化剂的长期使用是否会对发动机造成腐蚀等有害影响；c.水-油比为定值，不能在所有发动机运行工况发挥其最佳性能[105]。2）缸内直接喷水，如图1.3(a)所示。缸内直接喷水是利用原喷油系统或者独立的喷水系统在高压下直接将水喷入气缸内参与燃烧，该方法的优点是水-油比可以达到较高的水平，因此对NOx排放有很好的降低作用，该方法的缺点是：a.需要对发动机结构做较大改造；b.喷水嘴的使用寿命较短；c.燃油消耗量增加；d.颗粒排放量增加；e.成本较高[40]。3）进气管道喷水，如图1.3(b)所示。这种方法是将水蒸气或者将液态水雾化后喷入进气管道，随着空气进入燃烧室，水的加入使工质热容量增加，从而起到降低燃烧温度的作用，以致大幅度降低NOx排放，该方法的优点是：a.进气道可以进入大量的水，促使排放尾气中的NOx大幅度的降低；b.克服了燃油掺水乳化技术中的只能有限地降低NOx缺点，也不需要对发动机结构做较大的改造；c.油耗降低；这种方法的缺点是对PM排放没有降低作用，只能保持PM排放不恶化[105]。(a)缸内喷水示意图(b)进气管道喷水示意图图1.3发动机喷水技术示意图Fig.1.3Schematicdiagramofwaterinjectionsystemconfiguration②发动机加水的机理1）油水乳化。对于乳化燃料来说，本身就是水和燃油的乳化物。在水喷射技喷水器喷水器
本文编号：3422423
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