小型強(qiáng)化是現(xiàn)代汽油機(jī)熱效率提升的重要發(fā)展方向,但汽油機(jī)采用高增壓帶來(lái)大負(fù)荷爆震問(wèn)題。甲烷辛烷值較高,具有較好的抗爆性能,有利于解決限制發(fā)動(dòng)機(jī)爆震問(wèn)題;同時(shí),甲烷分子氫碳比較高,燃燒后幾乎沒(méi)有顆粒物排放。因此,甲烷-汽油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為具有良好的燃燒和排放特性。而目前關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)甲烷-汽油雙燃料燃燒和排放特性的影響并不十分清楚。因此,本文基于單缸和四缸SI發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展不同工況下甲烷-汽油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒及排放特性基礎(chǔ)試驗(yàn)和應(yīng)用試驗(yàn)研究。首先,為了探究發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)甲烷-汽油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放的影響規(guī)律,基于一臺(tái)單缸SI發(fā)動(dòng)機(jī),在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)、不同甲烷-汽油雙燃料摻比條件下,開(kāi)展了不同進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、壓縮比等參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在低壓縮比、稀燃、燃油分層條件下,低甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的甲烷-汽油雙燃料相比于汽油滯燃期縮短、缸壓相位提前。高壓縮比條件下,添加甲烷可抑制爆震,同時(shí)扭矩和有效熱效率增加;增加進(jìn)氣壓力可使甲烷-汽油SI發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更大的扭矩;提高進(jìn)氣溫度對(duì)爆震傾向影響較小,但最大扭矩降低。甲烷-汽油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)氣體排放均隨著甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。另外,為了明確甲烷-汽油雙燃料的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,基于一臺(tái)增壓直噴四缸汽油機(jī)研究了不同負(fù)荷和過(guò)量空氣系數(shù)(λ)條件下甲烷-汽油雙燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放的影響。結(jié)果表明:中、小負(fù)荷工況固定扭矩條件下,隨著甲烷含量的增加,缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力和放熱率峰值增加、著火延遲期縮短、燃燒相位提前;其中在小負(fù)荷、稀燃條件下,循環(huán)波動(dòng)大幅下降,燃燒持續(xù)期縮短,但在中等負(fù)荷時(shí),燃燒持續(xù)期隨λ的增加而減少,隨甲烷流量的增加而增加,有效熱效率在甲烷含量和λ較高時(shí)表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。大負(fù)荷工況,相比汽油燃料,甲烷-汽油雙燃料能有效抑制爆震并且拓寬爆震極限,并可提高約2%有效熱效率。以中等負(fù)荷、固定輸出扭矩下為例,隨著甲烷含量的增加,在化學(xué)當(dāng)量比下CO、CO_2、THC、NOx等排放均降低;稀燃條件下除NOx外排放均降低。綜上,燃用甲烷-汽油雙燃料可降低小負(fù)荷工況循環(huán)波動(dòng),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒;大負(fù)荷工況可有效抑制汽油機(jī)爆震,同時(shí)提升發(fā)動(dòng)機(jī)有效熱效率。同時(shí),甲烷-汽油雙燃料燃燒相比于汽油可以有效降低常規(guī)排放物。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：U467
【部分圖文】：

[1]。然而隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量以較高的速度逐年上升，2017年甚至超過(guò)3億量，如圖1-1所示。石油資源作為不可再生的化石燃料已然捉襟見(jiàn)肘，如圖1-2所示，中國(guó)石油的消耗量和進(jìn)口量連年上升，石油對(duì)外依存度持續(xù)增加，嚴(yán)重威脅到了國(guó)家的能源安全，因此節(jié)能減排是迫在眉睫的問(wèn)題。圖 1-1 近五年我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量Figure 1-1 Motor vehicle ownership in the last five years圖 1-2 中國(guó)石油消費(fèi)量和對(duì)外依存度Figure 1-2 China's oil consumption and dependence on foreign countries

然而隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量以較高的速度逐年上升，2017年甚至超過(guò)3億量，如圖1-1所示。石油資源作為不可再生的化石燃料已然捉襟見(jiàn)肘，如圖1-2所示，中國(guó)石油的消耗量和進(jìn)口量連年上升，石油對(duì)外依存度持續(xù)增加，嚴(yán)重威脅到了國(guó)家的能源安全，因此節(jié)能減排是迫在眉睫的問(wèn)題。圖 1-1 近五年我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量Figure 1-1 Motor vehicle ownership in the last five years圖 1-2 中國(guó)石油消費(fèi)量和對(duì)外依存度Figure 1-2 China's oil consumption and dependence on foreign countries

小型化、輕量化的方向發(fā)展，但是仍要保證較高的功率、扭矩等輸出，這就需要采用增壓技術(shù),特別是在低速時(shí)也盡可能保持最大的輸出扭矩。但是汽油機(jī)采用增壓技術(shù)在大負(fù)荷條件下會(huì)帶來(lái)爆震的問(wèn)題，甚至出現(xiàn)早燃現(xiàn)象[2-4]，尤其是在低速條件下。通常認(rèn)為爆震是由末端混合氣在火焰?zhèn)鞑サ絹?lái)之前自燃引起的，爆震燃燒分為兩個(gè)階段：由火花塞點(diǎn)火導(dǎo)致的火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程和末端混合氣自燃導(dǎo)致的壓力振蕩，造成很大的壓力梯度和溫度梯度。輕微的爆震會(huì)有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，主要是因?yàn)檩p微爆震增加了火焰?zhèn)鞑ニ俣�，使得發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒等容度更好。但是強(qiáng)烈的爆震會(huì)使汽油機(jī)輸出扭矩下降，燃燒不穩(wěn)定，燃燒惡化，而且爆震產(chǎn)生的沖擊波會(huì)破壞發(fā)動(dòng)機(jī)表面的潤(rùn)滑油膜，使得高溫氣體熱量直接傳向冷卻液，使冷卻液溫度增加。爆震在嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)斐苫钊刍�、氣缸墊損壞、火花塞的損壞、拉缸等現(xiàn)象。爆震引起的典型的發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞如圖 1-3 所示。隨著排放法規(guī)的逐年加嚴(yán)，對(duì)汽油機(jī) PN 的限制已納入法規(guī)之內(nèi)，解決汽油機(jī) PN的問(wèn)題，可以采用 EGR、采用合適的噴油策略或者采用高 H/C 比的燃料等等措施。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王志;龍巖;王建昕;;增壓汽油機(jī)中早燃和超級(jí)爆震的研究進(jìn)展[J];汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào);2015年01期

2 徐雅齊;王志;王建昕;李東升;;增壓直噴汽油機(jī)超級(jí)爆震的不同抑制方法[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2014年01期

3 王志;徐雅齊;王建昕;肖建華;;增壓直噴汽油機(jī)掃氣抑制爆震試驗(yàn)研究及模擬解析[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2013年04期

本文編號(hào)：2860180