【摘要】：近年來,隨著全球能源日益緊張,節(jié)能問題引起了普遍關(guān)注。由于內(nèi)燃機(jī)占據(jù)著化石燃料消耗量的很大一部分,因此有必要在內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)和分析中采用一些新技術(shù)和新方法來降低能耗。復(fù)合噴射技術(shù)作為一種新近發(fā)展起來的技術(shù),綜合了進(jìn)氣道噴射和缸內(nèi)直噴的優(yōu)點(diǎn),具有較好的工作性能,是未來內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。氫氣作為一種理想的替代燃料,具有來源廣泛、可再生等諸多優(yōu)點(diǎn),而且其獨(dú)特的性質(zhì)對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及降低污染物排放,具有較高的應(yīng)用潛力。在熱力學(xué)研究領(lǐng)域,綜合了熱力學(xué)第一、二定律的熱力學(xué)分析方法是一種科學(xué)全面的分析思路,因?yàn)槠洳粌H考慮了能量轉(zhuǎn)換時(shí)“量”之間的關(guān)系,還從“質(zhì)”的方面進(jìn)行了深入地分析。本研究在一臺(tái)復(fù)合噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的硬件基礎(chǔ)上,結(jié)合摻氫技術(shù),并綜合熱力學(xué)第一、二定律分析方法,對(duì)比分析了摻混比、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和過量空氣系數(shù)等因素對(duì)復(fù)合噴射汽油機(jī)熱平衡及（火用）平衡的影響。根據(jù)“外界分析法”,將發(fā)動(dòng)機(jī)建立一個(gè)控制體,構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡及（火用）平衡模型。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)熱和（火用）平衡模型,建立熱和（火用）平衡能量方程。在誤差盡可能小的情況下選用一些經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行能量方程的分項(xiàng)計(jì)算,完成能量方程的求解。最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析,主要研究結(jié)論如下:1)在選定工況條件下,冷卻水帶走的熱量占據(jù)了燃燒產(chǎn)生的大部分熱量,排氣和有效功所占的熱量比例大致相同,不可計(jì)余項(xiàng)損失最少。由于氫氣和汽油理化性質(zhì)的不同,隨著摻混比的增大,GDI模式與HDI模式各個(gè)部分熱量占比變化趨勢(shì)基本相反。2)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)排氣熱量和冷卻水熱量比例有著較大的影響,但是有效熱效率對(duì)轉(zhuǎn)速的變化不敏感。隨著轉(zhuǎn)速升高,GDI模式與HDI模式的冷卻水熱量占比變化趨勢(shì)不同。負(fù)荷因素對(duì)兩種模式的影響趨勢(shì)完全相同,負(fù)荷因素在能量分配中起到了主導(dǎo)作用,燃料差別的作用被掩蓋。3)總體來看,隨著過量空氣系數(shù)的增大,兩種模式的變化趨勢(shì)基本相同:有效功比例呈下降趨勢(shì),排氣熱量比例逐漸降低,但是冷卻水熱量占比和余項(xiàng)損失都呈逐步上升的趨勢(shì)。4)同樣的工況下,熱力學(xué)第一、二定律的分析結(jié)果有很大的不同。在熱平衡分析中,冷卻水的能量占比最大,而在（火用）平衡分析中,冷卻水的能量占比卻是最少的,（火用）損比例占據(jù)了總能量的一半以上。5)GDI模式下,排氣（火用）比例隨著摻混比的增加而逐漸上升,有效功比例下降,冷卻水（火用）和（火用）損比例對(duì)摻混比變化不敏感。在變化趨勢(shì)方面,（火用）平衡與熱平衡的分析結(jié)果大致相同。HDI模式和GDI模式（火用）數(shù)值上差別不大,但變化趨勢(shì)并不相同。HDI模式下,熱平衡與（火用）平衡的區(qū)別在于排氣比例隨摻混比的變化趨勢(shì)不同。6)GDI模式下,排氣（火用）比例隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大,冷卻水（火用）占比降低,有效功比例對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感,（火用）損比例有所下降。HDI模式下,除冷卻水外,其余三項(xiàng)變化趨勢(shì)與GDI模式基本一致。兩種模式（火用）平衡隨負(fù)荷變化趨勢(shì)基本一致:隨著負(fù)荷的升高,排氣（火用）比例逐漸上升,冷卻水（火用）比例下降,有效功增幅明顯,（火用）損比例下降幅度較大。7)（火用）平衡分析中,GDI模式和HDI模式有效功比例隨過量空氣系數(shù)的變化趨勢(shì)與熱平衡分析基本一致,由于計(jì)算方式的差別導(dǎo)致數(shù)值上略有不同。相較于熱平衡結(jié)果,由于能量數(shù)量和品質(zhì)雙雙下降,排氣（火用）比例的下降趨勢(shì)更為明顯。冷卻水（火用）比例皆隨之減少,與熱平衡的分析結(jié)果截然相反。兩種模式（火用）損變化趨勢(shì)相同,都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。
【圖文】：

圖 2.1 臺(tái)架試驗(yàn)原理圖如上圖所示，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元為整套 dSPACE 硬件在環(huán)測(cè)控系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和處理，以及實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、噴油、節(jié)氣門開度等基本發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯。燃燒儀與缸壓傳感器相配合，采集缸內(nèi)燃燒數(shù)據(jù)。測(cè)功機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前端相連，用以對(duì)機(jī)加載負(fù)荷。進(jìn)氣流量傳感器、進(jìn)氣溫度/壓力傳感器、排氣溫度傳感器和 Lambda 傳等用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣溫度、壓力、流量、空燃比等參數(shù)的測(cè)量。尾氣分析儀用于分析成分，，確定排氣組分，為后續(xù)計(jì)算部分提供數(shù)據(jù)。燃料供給系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別FI、GDI 和 HDI 子系統(tǒng)。在 PFI 子系統(tǒng)，油箱集成了燃油泵，負(fù)責(zé)提供壓力為 0.38M低壓燃油，油耗儀負(fù)責(zé)計(jì)量燃油消耗量。在 GDI 部分，高壓氮?dú)馄康淖饔檬菫楦邏河腿加图訅海纬筛邏喝加凸┙o直噴系統(tǒng)。HDI 部分，高壓氫氣瓶存儲(chǔ)高壓氫氣，經(jīng)減調(diào)壓后生成適當(dāng)壓力的氫氣噴入氣缸，電磁閥用于在緊急情況下及時(shí)切斷氫氣供給，危險(xiǎn)情況發(fā)生。GDI 與 HDI 燃料供給系統(tǒng)共用一套缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)換接頭可以切換燃料供給模式。在循環(huán)水路部分，渦輪流量計(jì)和進(jìn)、出水溫度傳感器用于發(fā)動(dòng)機(jī)

前兩章的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對(duì)能量平衡（熱平衡和 平衡）的主要包括研究體系的確定、計(jì)算模型的選取以及對(duì)排氣成系統(tǒng)的建立模型建立在研究系統(tǒng)熱平衡過程中，首先要明確體系的邊界、分割和能量。具體到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)陳貴堂先生提出的“外動(dòng)機(jī)建立一個(gè)控制體，進(jìn)入系統(tǒng)的物質(zhì)和能量包括：進(jìn)氣的化學(xué)能，流出系統(tǒng)的物質(zhì)和能量包括：曲軸輸出有效功失），冷卻水及其帶的走能量（冷卻損失），不完全燃燒項(xiàng)損失。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能量流如圖 3.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK417

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1 姚傳昭;復(fù)合噴射汽油機(jī)熱平衡和（火用）平衡試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2662729