混合动力汽车发动机准恒速起动燃烧和排放特性研究

发布时间：2017-07-19 04:11

  本文关键词：混合动力汽车发动机准恒速起动燃烧和排放特性研究

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【摘要】：发动机停车熄火是混合动力汽车实现节能减排的重要措施之一,混合动力汽车在运行时会频繁地起动/停机。混合动力汽车发动机起动是先由电机将发动机快速拖动至怠速转速或高于怠速转速然后再喷油点火,在起动过程中由于发动机转速和进气道压力的剧烈变化,起动工况的瞬态特性十分突出,如果控制不当极易造成燃烧和排放性能的恶化。此外,由于汽油燃料的层流火焰速度较慢,汽油机在低负荷及起动瞬态工况中会有燃油经济性差,循环变动大,有害排放高的问题。甲醇作为一种常见的代用燃料,由于其良好的燃烧和排放特性,在改善汽油机相应工况运行性能方面具有很大的应用潜力。针对上述问题,本文基于快速原型开发系统搭建了旨在降低起动转速瞬态波动的混合动力汽车发动机准恒速起动控制算法,在一台改造的甲醇汽油灵活燃料汽油机上研究了准恒速起动控制策略对发动机热机起动燃烧和排放特性的影响。为了确定准恒速起动的控制参数,同时也为了探究甲醇对汽油机低负荷工况燃烧和排放特性的影响,首先进行了甲醇汽油发动机怠速性能试验。研究结果表明,发动机燃用甲醇时的指示热效率在理论空燃比和稀燃工况下都比燃用汽油时高,并且随着过量空气系数的增大,呈现出单调递增的变化趋势;甲醇有利于加快缸内混合气的燃烧速度,缩短火焰发展期和快速燃烧期;由于甲醇较快的层流火焰速度和较宽的稀燃界限,与汽油相比,发动机燃用甲醇时的平均指示压力的循环变动系数较低,并且随着过量空气系数的增加也只是小幅增大;甲醇有助于降低发动机怠速稀燃工况下的HC、CO和NOx排放;甲醇较好的怠速性能试验结果表明甲醇在改善准恒速起动燃烧和排放特性方面具有较大的应用潜力。其次,研究了不同边界条件对发动机准恒速起动首循环燃烧特性的影响。研究结果发现,由于进气压力较低,燃油蒸发条件较好,高起动转速有利于在较少喷油量的情况下实现首循环成功着火,并且有利于降低首循环的峰值压力和缩短火焰发展期和快速燃烧期;甲醇的分子扩散速率和层流火焰速度比汽油快,因此在首循环喷射当量比较小时,甲醇有助于改善首循环的着火做功能力,缩短火焰发展期和快速燃烧期;进气门正时对首循环燃烧特性的影响主要体现在燃油的蒸发雾化能力和进气量两个方面:进气门延迟开启时,活塞处于下行状态,缸内存在一定真空度,有利于燃油的雾化与扩撒,而进气门提前开启则会使得首循环的进气量增加,缸内燃烧速度增快,峰值压力增大。最后,针对混合动力汽车发动机准恒速起动特性进行了试验研究。研究结果发现,准恒速起动策略能够显著降低发动机起动过程中的转速超调和缸内燃烧峰值压力,缩短混合气浓度向理论空燃比的过渡时间,并且有助于降低HC、CO和NOx排放;高起动转速有利于降低准恒速起动过程的转速波动,减少HC和NOx排放,但不同转速起动时的CO排放并没有表现出明显的差异;由于甲醇较好的混合气形成特性和较快的层流火焰速度,发动机燃用甲醇起动时燃烧稳定性提高,各循环的能量消耗降低,HC、CO和NOx排放减少;首循环喷油量对起动阶段后续循环混合气浓度的影响主要集中在前5循环。通过对前5循环采用基于循环的稀燃喷油优化策略后,试验发动机起动过程中的转速超调值降低,HC排放减少。
【关键词】：混合动力汽车 准恒速起动 甲醇 燃烧 排放
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7;U464
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 物理量名称及符号表8-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 引言13-14
• 1.2 混合动力汽车研究现状14-20
• 1.2.1 混合动力汽车分类14-16
• 1.2.2 混合动力汽车频繁起/停特性16-18
• 1.2.3 混合动力汽车发动机起动特性18-20
• 1.3 汽油机起动工况研究现状20-24
• 1.3.1 汽油机起动工况概述20
• 1.3.2 发动机起动瞬态燃烧和排放研究现状20-22
• 1.3.3 混合动力汽车汽油机起动主要问题22-24
• 1.4 甲醇代用燃料研究现状24-27
• 1.4.1 甲醇汽油燃料的理化特性24-25
• 1.4.2 甲醇汽油燃料在点燃式内燃机上的研究现状25-27
• 1.5 本文的主要研究内容27-29
• 第2章 混合动力汽车发动机准恒速起动试验系统29-41
• 2.1 甲醇汽油发动机准恒速起动试验系统29-32
• 2.1.1 甲醇汽油发动机准恒速起动试验台架29-30
• 2.1.2 甲醇汽油双燃料发动机电控系统30-31
• 2.1.3 发动机水温控制系统31-32
• 2.2 基于循环的准恒速起动及怠速闭环控制算法32-34
• 2.2.1 基于循环的准恒速起动控制算法32-33
• 2.2.2 甲醇汽油发动机怠速控制算法33-34
• 2.3 准恒速起动控制策略的设计34-36
• 2.3.1 怠速阀控制策略34-35
• 2.3.2 喷油控制策略35-36
• 2.3.3 点火控制策略36
• 2.4 测试系统及数据分析方法36-40
• 2.4.1 试验测试系统36-38
• 2.4.2 喷油嘴流量特性标定38-39
• 2.4.3 缸压数据分析方法39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 发动机怠速性能试验研究41-51
• 3.1 发动机怠速性能试验41-42
• 3.2 试验方案42
• 3.3 甲醇/汽油发动机怠速工况经济性分析42-44
• 3.4 甲醇/汽油发动机怠速工况燃烧过程分析44-47
• 3.4.1 放热率分析44-45
• 3.4.2 燃烧过程分析45-46
• 3.4.3 循环变动分析46-47
• 3.5 甲醇/汽油发动机怠速工况排放分析47-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第4章 准恒速起动首循环燃烧特性研究51-65
• 4.1 首循环空燃比测量51-53
• 4.1.1 首循环空燃比测量方法51-52
• 4.1.2 首循环进气量标定52-53
• 4.1.3 首循环过量空气系数的计算53
• 4.2 起动转速对首循环燃烧特性的影响53-58
• 4.2.1 起动转速对首循环燃烧压力的影响53-57
• 4.2.2 起动转速对首循环燃烧过程的影响57-58
• 4.3 甲醇对首循环燃烧特性的影响58-61
• 4.3.1 甲醇对首循环燃烧压力的影响58-60
• 4.3.2 甲醇对首循环燃烧过程的影响60-61
• 4.4 进气门正时对首循环燃烧特性的影响61-63
• 4.4.1 进气门正时对首循环燃烧压力的影响61-63
• 4.4.2 进气门正时对首循环燃烧过程的影响63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 混合动力汽车发动机准恒速起动特性研究65-87
• 5.1 准恒速起动策略对发动机起动性能的影响65-72
• 5.1.1 准恒速起动策略对发动机起动过程的影响65-67
• 5.1.2 准恒速起动策略对发动机起动燃烧特性的影响67-70
• 5.1.3 准恒速起动策略对发动机起动排放特性的影响70-72
• 5.2 拖动转速对准恒速起动过程特性的影响72-77
• 5.2.1 拖动转速对起动过程燃烧特性的影响72-73
• 5.2.2 拖动转速对起动过程转速波动的影响73-74
• 5.2.3 拖动转速对起动过程排放特性的影响74-77
• 5.3 甲醇对准恒速起动过程特性的影响77-81
• 5.3.1 甲醇对起动过程燃烧特性的影响77-78
• 5.3.2 甲醇对起动过程能量消耗的影响78-80
• 5.3.3 甲醇对起动过程排放特性的影响80-81
• 5.4 基于循环的起动喷油控制策略81-84
• 5.4.1 首循环喷油量对后续循环的影响81-82
• 5.4.2 基于单个循环喷油量的调节对燃烧性能的影响82-83
• 5.4.3 基于多循环的喷油策略优化83-84
• 5.5 本章小结84-87
• 结论与展望87-89
• 结论87
• 展望87-89
• 参考文献89-95
• 攻读硕士学位期间的学术成果95-97
• 致谢97

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