喷氢策略对氢气缸内直喷汽油机稀燃及排放特性的影响

发布时间：2017-08-13 12:30

  本文关键词：喷氢策略对氢气缸内直喷汽油机稀燃及排放特性的影响

  更多相关文章： 汽油机 氢气缸内直喷 喷氢策略 氢气分布 稀薄燃烧

【摘要】：为了使汽车行业从能源紧缺和环境污染双重压力中彻底解放出来,寻找清洁的可再生能源来替代化石燃料是最有效的方法。氢气作为一种清洁可再生能源,资源丰富并且绿色环保,因此成为汽车行业一种十分理想的替代能源。由于氢燃料电池和纯氢内燃机仍然存在一些技术问题亟待解决,并且生产成本很高,而掺氢内燃机具有耗氢量较小、对原内燃机改动较小以及对加氢站等设施依赖程度较低等优点使氢气在汽车上应用的可行性更高。本文结合国家自然科学基金项目“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”,探究喷氢策略对氢气缸内直喷汽油机稀燃及排放特性的影响。首先利用CFD仿真研究了氢气喷射过程以及不同喷氢时刻氢气在缸内的分布状态,然后通过发动机试验台架调节喷氢时刻、掺氢比和过量空气系数研究了喷氢时刻、掺氢比以及氢气均匀和分层分布对氢气缸内直喷汽油机稀燃及排放特性的影响。本文研究的主要结论如下:(1)CFD仿真研究表明,喷氢时刻为300°CA BTDC,由于氢气喷射较早,在气缸内运动时间较长,在点火时刻附近氢气在气缸内均匀分布,不利于分层;喷氢时刻在90至105°CA BTDC时,由于喷氢时刻较适中,氢气喷射后缸内滚流流动强度与在点火前氢气运动的时间相匹配,所以在点火时刻附近,氢气随缸内滚流绕气缸顺时针流动一周,氢气浓区运动到火花塞附近,并且氢气在随滚流运动的过程中,气缸内其它空间也扩散了一部分氢气,形成以火花塞为中心向外围逐渐由浓变稀比较理想的氢气分层分布状态。(2)试验研究表明,不同过量空气系数条件下,随着掺氢比增大,发动机缸压和放热率峰值增加,其对应的曲轴转角前移;氢气在压缩冲程喷射时,缸压和放热率峰值随着喷氢时刻提前先增加后减小,其对应曲轴转角先提前后滞后,过量空气系数较大时这种趋势更加明显;在不同过量空气系数和掺氢比条件下,喷氢时刻105°CA BTDC缸压和放热率峰值均高于300°CA BTDC,其对应曲轴转角也随之提前,过量空气系数增大时更加明显。(3)稀燃条件下,汽油加入少量氢气,平均指示压力显著增加,并且随掺氢比的增大持续增加;氢气在压缩冲程喷射,混合气较稀时,平均指示压力随喷氢时刻提前先增大后减小;在不同过量空气系数和掺氢比条件下,喷氢时刻105°CA BTDC平均指示压力均高于300°CA BTDC,因为氢气在气缸内分层分布时,在点火时刻火花塞附近形成合适的氢气浓区,氢气在缸内的分层状态有利于火焰迅速传播,缸内混合气燃烧速度快,燃烧持续期短,缸压峰值增加,其对应曲轴转角提前,增强发动机做功能力。(4)汽油加入少量氢气,火焰发展期和快速燃烧期大幅缩短,随着掺氢比的增加不断缩短;氢气在压缩冲程喷射时,在大多数过量空气系数和掺氢比条件下,喷氢时刻均在90至105°CA BTDC时火焰发展期和快速燃烧期最短;在不同过量空气系数和掺氢比条件下,喷氢时刻从300°CA BTDC推迟到105°CA BTDC时,火焰发展期和快速燃烧期均缩短,过量空气系数较大时更加明显,表明相比于300°CA BTDC喷氢时刻,火花塞跳火时氢气在气缸中均匀分布的情况,105°CA BTDC喷氢时刻火花塞跳火时氢气在缸内分层分布,在火花塞附近形成更容易点燃的氢气浓区,实现分层燃烧,更有利于稀混合气快速燃烧,使得发动机放热更加集中,缩短火焰发展期和快速燃烧期。(5)不同过量空气系数条件下,随着掺氢比的增加,促使NOX排放不断增加;过量空气系数超过1.4时,NOX排放明显降低,尤其过量空气系数为1.6和1.7时,NOX排放降低至极低的水平,燃烧较稀的混合气可以非常有效的降低NOX排放。(6)过量空气系数低于1.4时,HC排放均保持在较低的水平。当过量空气系数增加到1.6时,混合气过稀,燃烧恶化,HC排放迅速上升,但随着掺氢比的增加HC排放明显降低;小掺氢比时,喷氢时刻为105°CA BTDC时氢气分层分布有效改善缸内燃烧状态,HC排放最低;当掺氢比增大时,氢气在气缸内均匀分布更有利于减少壁面淬熄和狭隙效应所造成的HC排放,所以300°CA BTDC喷氢时刻HC排放较低。(7)过量空气系数为1.0时CO排放较高,CO排放随掺氢比的增加持续降低;当过量空气系数大于1.0时,CO排放均保持在很低的水平。
【关键词】：汽油机 氢气缸内直喷 喷氢策略 氢气分布 稀薄燃烧
【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】：U464.171
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 引言12-16
• 1.1.1 环境污染12-14
• 1.1.2 能源紧缺14-16
• 1.2 氢气在内燃机中的应用16-23
• 1.2.1 氢气燃料特性16-18
• 1.2.2 纯氢内燃机18-20
• 1.2.3 掺氢内燃机20-23
• 1.3 点燃式发动机缸内直喷技术概述23-27
• 1.3.1 汽油缸内直喷23-24
• 1.3.2 氢气缸内直喷24-27
• 1.4 本文主要研究内容27-28
• 第2章 试验台架搭建28-34
• 2.1 试验台架介绍28-30
• 2.2 发动机电控系统及测试仪器30-33
• 2.2.1 电控系统30
• 2.2.2 测试仪器30-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 喷氢时刻对缸内氢气分布影响的仿真研究34-46
• 3.1 仿真软件概述34-37
• 3.1.1 基本守恒方程34-35
• 3.1.2 计算模型的建立35-36
• 3.1.3 仿真模型验证36-37
• 3.2 不同喷氢时刻缸内氢气分布仿真研究37-44
• 3.2.1 不同喷氢时刻对喷氢过程的影响37-40
• 3.2.2 不同喷氢时刻对氢气分布的影响40-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第4章 喷氢策略对氢气缸内直喷汽油机稀燃及排放特性影响的试验研究46-76
• 4.1 不同空燃比下喷氢时刻对发动机性能的影响46-55
• 4.1.1 不同空燃比下喷氢时刻对燃烧特性的影响46-53
• 4.1.2 不同空燃比下喷氢时刻对排放特性的影响53-55
• 4.2 不同掺氢比下喷氢时刻对发动机性能的影响55-66
• 4.2.1 不同掺氢比下喷氢时刻对燃烧特性的影响55-64
• 4.2.2 不同掺氢比下喷氢时刻对排放特性的影响64-66
• 4.3 氢气均匀和分层分布对发动机性能的影响66-74
• 4.3.1 氢气均匀和分层分布对燃烧特性的影响66-72
• 4.3.2 氢气均匀和分层分布对排放特性的影响72-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第5章 全文总结及工作展望76-80
• 5.1 全文总结76-78
• 5.2 工作展望78-80
• 参考文献80-84
• 作者简介84-86
• 致谢86-87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘扬;刘汇源;;高压储氢气瓶组合阀的研制[J];通用机械;2008年09期

2 郑津洋;别海燕;陈虹港;徐平;刘延雷;;纤维缠绕高压氢气瓶火烧温升试验及数值研究[J];太阳能学报;2009年07期

3 史文虎;;氢气燃烧与爆炸原因浅析[J];华北电力技术;1991年07期

4 庄胜强;对一起氢气瓶爆炸事故的分析[J];深冷技术;1993年03期

5 安刚;;车载储氢气瓶快速充气分析[J];导弹与航天运载技术;2009年03期

6 刘延雷;秦永泉;盛水平;陈海云;王兵;;燃料车内氢气泄漏扩散数值模拟研究[J];中国安全生产科学技术;2009年05期

7 郑津洋;开方明;刘仲强;陈瑞;陈长聘;;高压氢气储运设备及其风险评价[J];太阳能学报;2006年11期

8 刘延雷;郑津洋;韦新华;韩树新;赵永志;;复合材料氢气瓶快充过程温升控制方法研究[J];太阳能学报;2012年09期

9 黄虎忠,吕秋娟,李学东;特种钢质无缝气瓶水压试验评定指标探讨[J];压力容器;2004年03期

10 石玉春 ,徐荣达;关于氢气发动机异常燃烧的研究[J];小型内燃机;1993年02期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 全书海;曾卫;陈启宏;;燃料电池电动汽车供氢系统的设计与实现[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年

2 全书海;曾卫;陈启宏;;燃料电池电动汽车供氢系统的设计与实现[A];第七届全国氢能学术会议专辑[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 记者 王梦敏;日喀则地区开展气瓶普查整治工作[N];西藏日报;2003年

2 本报记者 王郁;氢气地震仪怎么预测地震？[N];科技日报;2008年

3 卢庆儒;多元化材料下的燃料电池技术(上)[N];电子资讯时报;2007年

4 本报记者 镡立勇;世界最大高压储氢瓶研制成功[N];河北经济日报;2011年

5 周黎邋记者 陈铁;湖北武汉首创远程监控技术消除“险瓶”隐患[N];中国质量报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 欧可升;碳纤维全缠绕复合材料高压储氢气瓶耐局部火烧性能研究[D];浙江大学;2014年

2 别海燕;铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶耐火及抗疲劳性能研究[D];浙江大学;2011年

3 陈虹港;70MPa复合材料氢气瓶液压疲劳试验装置及压力和温度控制方法研究[D];浙江大学;2014年

4 解淑倩;电场作用对储氢材料吸附氢气的影响[D];东北大学;2015年

5 刘延雷;高压氢气快充温升控制及泄漏扩散规律研究[D];浙江大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 李亚东;风光互补联合发电制氢系统的安全性分析与研究[D];河北工程大学;2016年

2 王金龙;喷氢策略对氢气缸内直喷汽油机稀燃及排放特性的影响[D];吉林大学;2016年

3 刘格思;70MPa车用储氢气瓶快充温升研究[D];浙江大学;2012年

4 侯少静;铝内衬碳纤维增强复合材料储氢气瓶多尺度失效性能分析[D];浙江大学;2012年

，

本文编号：667311