直喷汽油机暖机过程微粒排放特性的研究

发布时间：2017-09-30 07:02

  本文关键词：直喷汽油机暖机过程微粒排放特性的研究

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【摘要】：随着科技的发展和交通设施的完善,汽车成为人们生活中的重要出行工具。2015年,中国的汽车产销量突破2400万辆,成为全球产销量最大的国家,随之也带来了一系列的突出问题,特别是能源匮乏与环境污染问题。能源短缺直接制约我国经济社会的可持续发展及中华民族伟大复兴的中国梦的实现;环境污染直接危害人的身体健康,阻碍人与自然的和谐发展。随着排放法规的日趋严格以及汽车技术的成熟,汽油机缸内直喷技术在汽车市场上的应用更加广泛。缸内直喷技术具有较好的燃油经济性和动力性,但在冷启动和暖机过程中有较高的微粒排放,为了寻求更加优化的控制策略,改善缸内燃烧状况,降低微粒排放,本文对直喷汽油机暖机过程中的微粒排放进行了实验研究。本文结合国家自然科学基金项目-“直喷汽油机冷起动和暖机工况壁面油膜对未燃碳氢和微粒排放的影响”,进行暖机工况下运转参数对燃烧和微粒排放特性影响的研究。前期主要工作包括搭建缸内直喷汽油机台架,设计和制造了二级微粒热稀释取样系统,设计了高压喷油电路和点火电路的软硬件。通过课题组自行设计的ECU实时调控发动机的运转参数、首先研究了过量空气系数、点火正时和喷油压力对暖机过程中缸内燃烧状况的影响,主要分析了缸内压力、瞬时放热率和排气温度的变化;其次研究了过量空气系数、点火正时和喷油压力对暖机过程中微粒排放特性的影响,主要分析了THC排放、微粒数量浓度和体积浓度的变化。本文的研究结论主要有以下几点;1.不同的过量空气系数进行暖机,过量空气系数由0.8升高到1.2,缸内平均压力和瞬时放热率峰值先升高后降低,峰值相位先提前后滞后,随冷却水温度升高也有相同的变化趋势,过量空气系数为0.9时缸内压力和放热率峰值最高;相同的冷却水温度下,排气温度随过量空气系数增加先升高后降低,过量空气系数为0.9时排气温度最高。THC浓度在过量空气系数为0.8时最高,随冷却水温度升高THC浓度下降。过量空气系数由0.8升高到1.2时,微粒数量浓度由积聚态的单峰分布逐渐变为核态的单峰分布。较浓的混合气和较高的冷却水温度有利于积聚态微粒生成,反之有利于核态微粒生成,过量空气系数在1.0~1.2时,微粒数量总浓度较低。不同的过量空气系数进行暖机,微粒体积浓度都呈现单峰分布,且过量空气系数在1.0~1.2变化时,体积总浓度比浓混合气低两个数量级。从燃烧状态分析,过量空气系数为0.9时暖机缸内燃烧较好;从THC排放和微粒排放分析,过量空气系数为0.9和1.0时进行暖机,THC和微粒排放较少。2.随着点火正时的提前,缸内最高燃烧压力逐渐升高,峰值相位逐步前移;随着冷却水温度的升高,相同点火正时下最高燃烧压力和放热率峰值升高,且峰值相位前移。随着点火正时的提前,排气温度降低,THC的浓度逐渐升高,冷却水在从35℃升高到85℃的过程中THC降低了82ppm。随着点火正时的提前,微粒数量浓度由单峰分布逐渐变为双峰分布,微粒体积浓度随粒径增大都呈现单峰分布。点火正时在18°CA BTDC以前,冷却水温度在45℃时微粒数量总浓度最高,18°CA BTDC以后,微粒数量总浓度随温度升高呈现下降趋势。核态微粒数量浓度和微粒数量总浓度有相同的变化趋势。随着点火正时的提前,微粒体积总浓度、核态体积浓度和积聚态体积浓度都升高。综合数据分析,点火正时为32°CA BTDC时缸内燃烧状态最好,11°CA BTDC时排气温度最高,THC和微粒数量和体积浓度排放最少。3.不同的喷油压力进行暖机,缸内压力峰值和瞬时放热率峰值随喷油压力的增加先升高后降低,缸压峰值相位先提前后滞后,放热率峰值相位后移;喷油压力为5MPa时缸内平均压力和瞬时放热率最大。随冷却水温度升高,缸压峰值和放热率峰值增加,峰值相位提前。喷油压力对暖机过程中的排气温度影响较小,受冷却水温度影响较大。7MPa时THC浓度最高,5MPa时THC浓度最低,暖机过程中随着冷却水温度的升高THC浓度降低。不同的喷油压力进行暖机,微粒数量浓度呈现双峰分布,微粒体积浓度呈现单峰分布;随喷油压力的升高,微粒数量总浓度和体积总浓度都升高。由以上分析看出,喷油压力为5MPa时,缸内燃烧状态最好,排气温度最高,同时THC、微粒数量和体积浓度排放最少,所以喷油压力为5MPa时暖机较合适。
【关键词】：直喷汽油机 暖机 燃烧特性 微粒排放 THC
【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12-24
• 1.1 引言12-14
• 1.2 汽油机缸内直喷技术14-16
• 1.2.1 缸内直喷技术发展14-15
• 1.2.2 缸内直喷技术特点15-16
• 1.3 内燃机微粒排放16-21
• 1.3.1 微粒的危害16-17
• 1.3.2 微粒的成分和分类17-18
• 1.3.3 直喷汽油机微粒研究现状18-20
• 1.3.4 暖机过程的微粒排放20-21
• 1.4 主要研究内容及意义21-24
• 第2章 发动机实验平台搭建24-40
• 2.1 实验台架介绍24-25
• 2.2 测试设备介绍25-30
• 2.2.1 测功机及测功机控制系统25-27
• 2.2.2 宽频氧传感器27-28
• 2.2.3 尾气分析仪28
• 2.2.4 燃烧分析仪28-29
• 2.2.5 微粒粒径谱仪29-30
• 2.3 发动机电子控制系统介绍30-33
• 2.3.1 电子控制系统硬件30-32
• 2.3.2 电子控制系统软件32-33
• 2.4 微粒稀释与采集系统介绍33-37
• 2.4.1 二级微粒稀释取样系统33-35
• 2.4.2 稀释条件对微粒热物理特性的影响35-37
• 2.5 实验方案37-38
• 2.6 本章小结38-40
• 第3章 GDI发动机暖机过程的燃烧特性分析40-54
• 3.1 过量空气系数对暖机过程燃烧特性影响40-44
• 3.2 点火正时对暖机过程燃烧特性影响44-48
• 3.3 喷油压力对暖机过程燃烧特性影响48-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 GDI发动机暖机过程的THC和微粒排放特性分析54-74
• 4.1 过量空气系数对暖机过程的THC和微粒排放特性影响54-60
• 4.1.1 过量空气系数对THC排放的影响54-55
• 4.1.2 过量空气系数对微粒数量浓度的影响55-58
• 4.1.3 过量空气系数对微粒体积浓度的影响58-60
• 4.2 点火正时对暖机过程的THC和微粒排放特性影响60-66
• 4.2.1 点火正时对THC排放的影响60-61
• 4.2.2 点火正时对微粒数量浓度的影响61-64
• 4.2.3 点火正时对微粒体积浓度的影响64-66
• 4.3 喷油压力对暖机过程的THC和微粒排放特性影响66-71
• 4.3.1 喷油压力对THC排放的影响66-67
• 4.3.2 喷油压力对微粒数量浓度的影响67-69
• 4.3.3 喷油压力对微粒体积浓度的影响69-71
• 4.4 本章小结71-74
• 第5章 全文总结与工作展望74-78
• 5.1 全文总结74-75
• 5.2 工作展望75-78
• 参考文献78-84
• 作者简介及科研成果84-86
• 致谢86-87

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本文编号：946762