發(fā)布時(shí)間：2020-05-24 19:51

【摘要】：燃用高稀釋混合氣具有提高汽油機(jī)在部分負(fù)荷下燃油經(jīng)濟(jì)性的潛力。但在用高稀燃釋混合氣時(shí),汽油機(jī)會(huì)出現(xiàn)燃燒穩(wěn)定性變差和放熱速率減慢問題。為了改善高稀釋混合氣條件下的這些不利因素,提出用缸內(nèi)直噴二甲醚(DME)結(jié)合進(jìn)氣道噴射汽油的混合氣形成方案,并在一臺(tái)單缸汽油機(jī)上,在1500 r/min下,研究了燃用高稀釋混合氣汽油機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)的燃燒和排放特性。在發(fā)動(dòng)機(jī)有效壓縮比為14、固定循環(huán)燃油熱值等于13.5 mg汽油熱值下,在缸內(nèi)殘余氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為29%,外部廢氣再循環(huán)(EGR)率為30%以及無火花點(diǎn)火條件下,DME直噴時(shí)刻在100°CA BTDC~35°CA BTDC的寬廣范圍內(nèi),發(fā)動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定的壓縮著火和燃燒,且循環(huán)變動(dòng)低于3%。在DME噴射時(shí)刻為60°CA BTDC,無火花點(diǎn)火條件下,在EGR率為30%~45%的范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)仍然能穩(wěn)定地自燃著火和燃燒。燃燒過程呈現(xiàn)出DME主導(dǎo)的初期自燃著火過程、汽油燃燒為主的火焰?zhèn)鞑ミ^程以及后期自燃過程的多階段放熱特征。增加DME直噴比例,著火提前,初期自燃階段累計(jì)放熱量增加。隨著EGR率的增加,未燃混合氣自燃時(shí)刻推遲,自燃混合氣比例降低,循環(huán)變動(dòng)增加。增加DME噴射比例可以改善高廢氣稀釋下混合氣的燃燒穩(wěn)定性。在發(fā)動(dòng)機(jī)有效壓縮比為11、固定循環(huán)燃油熱值等于11.1 mg汽油熱值和火花點(diǎn)火開啟及空氣稀釋燃燒下,直噴DME可以降低汽油機(jī)稀燃下循環(huán)變動(dòng),加速初期火焰發(fā)展速度,縮短燃燒持續(xù)期,提高汽油稀燃穩(wěn)定燃燒的過量空氣系數(shù)上限。稀燃和直噴DME相結(jié)合可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)在稀燃下的燃油經(jīng)濟(jì)性。與理論空燃比混合氣相比,稀燃能使發(fā)動(dòng)機(jī)指示燃油消耗率最高降低11.7%。改變點(diǎn)火時(shí)刻和直噴DME比例能實(shí)現(xiàn)不同過量空氣系數(shù)下的最佳燃燒相位。隨著過量空氣系數(shù)的增加,最佳放熱中心相位提前。在發(fā)動(dòng)機(jī)有效壓縮比為14、固定循環(huán)燃油熱值等于11.1 mg汽油熱值下,利用缸內(nèi)直噴DME可以取代火花點(diǎn)火在過量空氣系數(shù)為2.1時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒過程。隨著DME噴射比例增加,低溫反應(yīng)開始溫度降低,相位提前,累計(jì)放熱量增加。增加DME噴射比例使燃燒始點(diǎn)提前,燃燒持續(xù)期縮短,循環(huán)變動(dòng)減小。同時(shí),CO、HC排放降低,NO_x排放增加。在DME總噴射比例固定的兩次噴射條件下,降低第二次噴射比例,可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的NO_x排放。
【圖文】：

(a) D-EGR 系統(tǒng)布置圖 (a) 有效燃油消耗率改善 MAP 圖圖 1-3 西南研究院 D-EGR 燃燒系統(tǒng)Figure 1- 3 D-EGR combustion system of Southwest Research Institute空氣稀釋空氣稀釋早在上世紀(jì) 90 年代第一代缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的研發(fā)過程中就進(jìn)行了廣泛的研究。早在 1996 年，三菱公司和豐田公司就推出了使用空氣稀釋燃燒技術(shù)的商品化缸內(nèi)直噴汽油機(jī)。但由于當(dāng)時(shí)的研究是采用缸內(nèi)直噴分層稀燃模式，受限于 NOx排放控制問題，限制了其推廣應(yīng)用[21]。三效催化轉(zhuǎn)化器的普遍使用，使得理論空燃比混合氣燃燒長(zhǎng)期成為相關(guān)高校、研究機(jī)構(gòu)，尤其是工業(yè)界的研究重點(diǎn)。但隨著平均油耗法規(guī)，碳排放限值相關(guān)政策的日益嚴(yán)格，空氣稀釋改善汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的潛力使得汽油機(jī)空氣稀釋燃燒再度成為研究熱點(diǎn)。純汽油燃料空氣稀釋的研究中，通過增大節(jié)氣門開度實(shí)現(xiàn)稀燃過程，可以實(shí)現(xiàn)的過量空氣系數(shù)范圍有限，且燃油經(jīng)濟(jì)性改善效果較弱[22]。因此，汽油機(jī)空氣稀釋燃燒研究常和其它改善燃燒穩(wěn)定性、加速燃燒過程的技術(shù)手段相結(jié)合。

第一章 緒 論可行技術(shù)路線。馬勒公司[24]利用自行開發(fā)的基于預(yù)燃室的燃燒系統(tǒng)，如圖 1-4 所示，展開了汽油機(jī)空氣稀釋燃燒相關(guān)研究，實(shí)現(xiàn)了過量空氣系數(shù)大于1.6的超稀薄燃燒過程，在寬廣的負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大于 40%的有效熱效率，并將發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷下 NOx排放控制在 100 ppm 的水平。日本 Mazada 公司[25]在空氣稀釋高效汽油機(jī)技術(shù)的研究中，采用了均質(zhì)壓燃路線，通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，，實(shí)現(xiàn)汽油壓燃，實(shí)現(xiàn)過量空氣系數(shù)大于 2 的超稀薄燃燒，同時(shí)實(shí)現(xiàn) NOx零排放。為了解決汽油機(jī)壓燃點(diǎn)火實(shí)際應(yīng)用中的負(fù)荷范圍受限和燃燒控制問題，馬自達(dá)開發(fā)了SPCCI火花點(diǎn)火控制壓燃點(diǎn)火的燃燒方式，成功擴(kuò)展了壓燃點(diǎn)火的負(fù)荷范圍，同時(shí)解決了火花點(diǎn)火和壓燃點(diǎn)火之間的切換問題。馬自達(dá)公司宣布將于 2019 年在全球范圍內(nèi)首次將汽油機(jī)壓燃技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品化實(shí)際應(yīng)用[26]。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK411

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 唐琦軍;劉敬平;王勇;夏孝朗;周峰;;汽油機(jī)不同稀釋方式對(duì)性能和排放影響的對(duì)比研究[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2015年02期

2 何邦全;付雪青;苗永;;廢氣再循環(huán)方式對(duì)汽油機(jī)燃燒和顆粒排放特性的影響[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2013年03期

3 汪碩峰;紀(jì)常偉;閆皓;張e鹲

本文編號(hào)：2678906