【摘要】：能源危機(jī)和環(huán)境污染是威脅人類生存發(fā)展的兩大難題。作為在動(dòng)力工程領(lǐng)域應(yīng)用最廣的熱機(jī)之一,內(nèi)燃機(jī)不僅消耗眾多化石燃料,而且還產(chǎn)生大量有害污染物,因此內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排勢(shì)在必行。能量流分析法能夠揭示各能量平衡項(xiàng)在內(nèi)燃機(jī)不同子系統(tǒng)中的分布規(guī)律,評(píng)估不同控制策略和附件布置下的內(nèi)燃機(jī)性能表現(xiàn),有助于針對(duì)性改善各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù),對(duì)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下內(nèi)燃機(jī)能量平衡系統(tǒng)的精益管控具有重要意義。本文采用MAP掃描試驗(yàn)方法,對(duì)一臺(tái)增壓直噴汽油機(jī)開展了基于冷卻液溫度的臺(tái)架穩(wěn)態(tài)能量流研究,分析了冷卻液溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能和缸內(nèi)燃燒過(guò)程的影響,建立了有效功、冷卻液損失、排氣損失和未計(jì)入損失的能量流平衡系統(tǒng)。并利用本團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種車用內(nèi)燃機(jī)瞬變過(guò)程中多項(xiàng)運(yùn)行及性能參數(shù)連續(xù)性檢測(cè)方法,對(duì)一輛搭載該汽油機(jī)的整車開展了新歐洲測(cè)試循環(huán)(NEDC)下冷熱啟動(dòng)的能量流試驗(yàn),基于瞬態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行及性能數(shù)據(jù)的同步耦合,揭示了NEDC工況下冷熱啟動(dòng)時(shí)整車能量流的變化規(guī)律與分布特性。在此基礎(chǔ)上,對(duì)比研究了發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能之間的差異與影響因素。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)建立了穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)能量流熱力學(xué)模型,研究了冷卻液溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的影響及各能量平衡項(xiàng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的變化趨勢(shì):小負(fù)荷時(shí),隨著冷卻液溫度的升高,比油耗略有下降;有效功占比和排氣損失占比隨負(fù)荷的增大而增大;除去外特性點(diǎn),隨著負(fù)荷的增大,冷卻液損失百分比和未計(jì)入損失百分比下降,排氣損失百分比和有效功百分比上升。(2)提出了瞬態(tài)工況下各形式能量流的計(jì)算方法,結(jié)合整車與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù),揭示了NEDC工況下冷熱啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效輸出功率、排氣損失、冷卻液損失及泵氣損失能量流的分布特性及其變化規(guī)律,梳理了各形式能量流的主要影響因素:車輛運(yùn)行工況對(duì)各能量平衡項(xiàng)的分布有顯著影響;NEDC循環(huán)初期,冷啟動(dòng)的燃油質(zhì)量流量比熱啟動(dòng)高,有效熱效率低于熱啟動(dòng);排氣損失百分比主要取決于排氣溫度。(3)將所測(cè)的冷熱啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定參數(shù)、燃燒特征參數(shù)及排放性能參數(shù)與臺(tái)架穩(wěn)態(tài)值進(jìn)行對(duì)比分析,揭示了冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能水平的差異程度及優(yōu)化潛力:過(guò)晚的點(diǎn)火正時(shí)導(dǎo)致50%燃燒點(diǎn)位置靠后和較低的有效膨脹比,加之過(guò)稀的混合氣不利于火焰發(fā)展和穩(wěn)定燃燒,使樣機(jī)冷啟動(dòng)的油耗高于熱啟動(dòng);低的冷卻液溫度僅是次要因素;提高瞬態(tài)標(biāo)定水平,優(yōu)化整車運(yùn)行工況下缸內(nèi)燃燒相位才是保證冷啟動(dòng)性能的關(guān)鍵。研究結(jié)果揭示了冷卻液溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響和臺(tái)架穩(wěn)態(tài)及整車瞬態(tài)運(yùn)行工況下的能量流分布特性,并結(jié)合穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)工況下標(biāo)定參數(shù)與性能參數(shù)的差異性分析,為改善瞬態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)能量使用效率提供了理論和數(shù)據(jù)支撐,為瞬變工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)化指明了方向,對(duì)提高整車燃油利用率及降低整車排放具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U464
【圖文】：

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20160年份圖 1.2 主要國(guó)家及地區(qū)消耗的一次能源占全球百分比外，人類還面臨著諸多的環(huán)境問(wèn)題，如大氣污染、全球氣候變暖等。圖 2014 年主要國(guó)家和地區(qū)對(duì)流層 NO2濃度分布。NO2是形成酸雨和光化主要物質(zhì)之一，對(duì)臭氧層有強(qiáng)烈的破壞作用，主要由化石燃料燃燒產(chǎn)生要影響歐洲和東亞[3]。元化、清潔化及高效化，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)的理想標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)大力提倡境和能源三者的可持續(xù)發(fā)展，提高能源利用效率，清潔利用能源。

45% 46% 46% 46% 46% 46% 47%47% 47% 47% 47% 48%21% 21% 20% 20% 19% 19% 18% 17% 18% 18% 17% 17%14% 13% 13% 12% 12% 12%2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20160204060占全球一次性能源消耗總量百年份圖 1.2 主要國(guó)家及地區(qū)消耗的一次能源占全球百分比此外，人類還面臨著諸多的環(huán)境問(wèn)題，如大氣污染、全球氣候變暖等。圖 1.3給出了 2014 年主要國(guó)家和地區(qū)對(duì)流層 NO2濃度分布。NO2是形成酸雨和光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)之一，對(duì)臭氧層有強(qiáng)烈的破壞作用，主要由化石燃料燃燒產(chǎn)生，并且主要影響歐洲和東亞[3]。多元化、清潔化及高效化，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)的理想標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)大力提倡經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源三者的可持續(xù)發(fā)展，提高能源利用效率，清潔利用能源。

瞬變工況下車用發(fā)動(dòng)機(jī)能量流的檢測(cè)與分析AP 圖，結(jié)果表明：排氣能量中余熱能占比最高，余壓能次之，余動(dòng)能幾乎可以略不計(jì)；余熱能的脈動(dòng)性較小，余壓能與余動(dòng)能的脈動(dòng)性較大；高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷，排氣能量回收潛力大。劉敬平等[36]對(duì)一臺(tái)渦輪增壓直噴汽油機(jī)進(jìn)行了熱平衡 平衡試驗(yàn)，揭示了各種形式能量流和 流分布特性，提出了改善發(fā)動(dòng)機(jī)能量用效率的途徑。結(jié)果表明：各種形式能量流占比隨工況波動(dòng)明顯；約有 50%的料能量散失在廢熱中；不可逆 損占比最大，是限制發(fā)動(dòng)機(jī) 效率的主要因素。盡管關(guān)于內(nèi)燃機(jī)能量平衡方面的工作早已開展，但重點(diǎn)仍是穩(wěn)態(tài)工況，且很兼顧燃燒和排放，瞬變工況下冷熱機(jī)的對(duì)比研究更是極少。.3 論文的研究?jī)?nèi)容和意義圖 1.4 描繪了一臺(tái)汽油車在實(shí)際道路工況下的能量流分布情況。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 劉敬平;趙智超;唐琦軍;廖誠(chéng);楊漢乾;;一種內(nèi)燃機(jī)瞬變過(guò)程狀態(tài)與性能參數(shù)的準(zhǔn)確檢測(cè)方法[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2014年01期

2 劉敬平;付建勤;任承欽;朱國(guó)輝;鄧幫林;KESHAV Varde;;增壓直噴汽油機(jī)熱平衡和平衡試驗(yàn)對(duì)比[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2013年01期

3 劉敬平;夏孝朗;趙智超;詹樟松;張曉宇;胡鐵剛;;內(nèi)燃機(jī)燃燒放熱率的典型特征參數(shù)對(duì)比以及對(duì)熱-功轉(zhuǎn)換效率的影響[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2012年03期

4 劉敬平;付建勤;馮康;王樹青;趙智超;;內(nèi)燃機(jī)的排氣能量流特性[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年11期

5 劉敬平;付建勤;馮康;趙智超;王樹青;;發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的能量流研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年05期

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1 朱國(guó)輝;增壓直噴汽油機(jī)燃燒特性的共性規(guī)律研究[D];湖南大學(xué);2013年

2 周道鋒;基于冷卻液溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2013年

3 黃鑫;發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)[D];浙江大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2753082