本文關(guān)鍵詞：混合動力汽車發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動燃燒和排放特性研究

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【摘要】：發(fā)動機停車熄火是混合動力汽車實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施之一,混合動力汽車在運行時會頻繁地起動/停機。混合動力汽車發(fā)動機起動是先由電機將發(fā)動機快速拖動至怠速轉(zhuǎn)速或高于怠速轉(zhuǎn)速然后再噴油點火,在起動過程中由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣道壓力的劇烈變化,起動工況的瞬態(tài)特性十分突出,如果控制不當(dāng)極易造成燃燒和排放性能的惡化。此外,由于汽油燃料的層流火焰速度較慢,汽油機在低負(fù)荷及起動瞬態(tài)工況中會有燃油經(jīng)濟性差,循環(huán)變動大,有害排放高的問題。甲醇作為一種常見的代用燃料,由于其良好的燃燒和排放特性,在改善汽油機相應(yīng)工況運行性能方面具有很大的應(yīng)用潛力。針對上述問題,本文基于快速原型開發(fā)系統(tǒng)搭建了旨在降低起動轉(zhuǎn)速瞬態(tài)波動的混合動力汽車發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動控制算法,在一臺改造的甲醇汽油靈活燃料汽油機上研究了準(zhǔn)恒速起動控制策略對發(fā)動機熱機起動燃燒和排放特性的影響。為了確定準(zhǔn)恒速起動的控制參數(shù),同時也為了探究甲醇對汽油機低負(fù)荷工況燃燒和排放特性的影響,首先進(jìn)行了甲醇汽油發(fā)動機怠速性能試驗。研究結(jié)果表明,發(fā)動機燃用甲醇時的指示熱效率在理論空燃比和稀燃工況下都比燃用汽油時高,并且隨著過量空氣系數(shù)的增大,呈現(xiàn)出單調(diào)遞增的變化趨勢;甲醇有利于加快缸內(nèi)混合氣的燃燒速度,縮短火焰發(fā)展期和快速燃燒期;由于甲醇較快的層流火焰速度和較寬的稀燃界限,與汽油相比,發(fā)動機燃用甲醇時的平均指示壓力的循環(huán)變動系數(shù)較低,并且隨著過量空氣系數(shù)的增加也只是小幅增大;甲醇有助于降低發(fā)動機怠速稀燃工況下的HC、CO和NOx排放;甲醇較好的怠速性能試驗結(jié)果表明甲醇在改善準(zhǔn)恒速起動燃燒和排放特性方面具有較大的應(yīng)用潛力。其次,研究了不同邊界條件對發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動首循環(huán)燃燒特性的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),由于進(jìn)氣壓力較低,燃油蒸發(fā)條件較好,高起動轉(zhuǎn)速有利于在較少噴油量的情況下實現(xiàn)首循環(huán)成功著火,并且有利于降低首循環(huán)的峰值壓力和縮短火焰發(fā)展期和快速燃燒期;甲醇的分子擴散速率和層流火焰速度比汽油快,因此在首循環(huán)噴射當(dāng)量比較小時,甲醇有助于改善首循環(huán)的著火做功能力,縮短火焰發(fā)展期和快速燃燒期;進(jìn)氣門正時對首循環(huán)燃燒特性的影響主要體現(xiàn)在燃油的蒸發(fā)霧化能力和進(jìn)氣量兩個方面:進(jìn)氣門延遲開啟時,活塞處于下行狀態(tài),缸內(nèi)存在一定真空度,有利于燃油的霧化與擴撒,而進(jìn)氣門提前開啟則會使得首循環(huán)的進(jìn)氣量增加,缸內(nèi)燃燒速度增快,峰值壓力增大。最后,針對混合動力汽車發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動特性進(jìn)行了試驗研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),準(zhǔn)恒速起動策略能夠顯著降低發(fā)動機起動過程中的轉(zhuǎn)速超調(diào)和缸內(nèi)燃燒峰值壓力,縮短混合氣濃度向理論空燃比的過渡時間,并且有助于降低HC、CO和NOx排放;高起動轉(zhuǎn)速有利于降低準(zhǔn)恒速起動過程的轉(zhuǎn)速波動,減少HC和NOx排放,但不同轉(zhuǎn)速起動時的CO排放并沒有表現(xiàn)出明顯的差異;由于甲醇較好的混合氣形成特性和較快的層流火焰速度,發(fā)動機燃用甲醇起動時燃燒穩(wěn)定性提高,各循環(huán)的能量消耗降低,HC、CO和NOx排放減少;首循環(huán)噴油量對起動階段后續(xù)循環(huán)混合氣濃度的影響主要集中在前5循環(huán)。通過對前5循環(huán)采用基于循環(huán)的稀燃噴油優(yōu)化策略后,試驗發(fā)動機起動過程中的轉(zhuǎn)速超調(diào)值降低,HC排放減少。
【關(guān)鍵詞】：混合動力汽車 準(zhǔn)恒速起動 甲醇 燃燒 排放
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.7;U464
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 物理量名稱及符號表8-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 引言13-14
• 1.2 混合動力汽車研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 混合動力汽車分類14-16
• 1.2.2 混合動力汽車頻繁起/停特性16-18
• 1.2.3 混合動力汽車發(fā)動機起動特性18-20
• 1.3 汽油機起動工況研究現(xiàn)狀20-24
• 1.3.1 汽油機起動工況概述20
• 1.3.2 發(fā)動機起動瞬態(tài)燃燒和排放研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.3 混合動力汽車汽油機起動主要問題22-24
• 1.4 甲醇代用燃料研究現(xiàn)狀24-27
• 1.4.1 甲醇汽油燃料的理化特性24-25
• 1.4.2 甲醇汽油燃料在點燃式內(nèi)燃機上的研究現(xiàn)狀25-27
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容27-29
• 第2章 混合動力汽車發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動試驗系統(tǒng)29-41
• 2.1 甲醇汽油發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動試驗系統(tǒng)29-32
• 2.1.1 甲醇汽油發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動試驗臺架29-30
• 2.1.2 甲醇汽油雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)30-31
• 2.1.3 發(fā)動機水溫控制系統(tǒng)31-32
• 2.2 基于循環(huán)的準(zhǔn)恒速起動及怠速閉環(huán)控制算法32-34
• 2.2.1 基于循環(huán)的準(zhǔn)恒速起動控制算法32-33
• 2.2.2 甲醇汽油發(fā)動機怠速控制算法33-34
• 2.3 準(zhǔn)恒速起動控制策略的設(shè)計34-36
• 2.3.1 怠速閥控制策略34-35
• 2.3.2 噴油控制策略35-36
• 2.3.3 點火控制策略36
• 2.4 測試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析方法36-40
• 2.4.1 試驗測試系統(tǒng)36-38
• 2.4.2 噴油嘴流量特性標(biāo)定38-39
• 2.4.3 缸壓數(shù)據(jù)分析方法39-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第3章 發(fā)動機怠速性能試驗研究41-51
• 3.1 發(fā)動機怠速性能試驗41-42
• 3.2 試驗方案42
• 3.3 甲醇/汽油發(fā)動機怠速工況經(jīng)濟性分析42-44
• 3.4 甲醇/汽油發(fā)動機怠速工況燃燒過程分析44-47
• 3.4.1 放熱率分析44-45
• 3.4.2 燃燒過程分析45-46
• 3.4.3 循環(huán)變動分析46-47
• 3.5 甲醇/汽油發(fā)動機怠速工況排放分析47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 準(zhǔn)恒速起動首循環(huán)燃燒特性研究51-65
• 4.1 首循環(huán)空燃比測量51-53
• 4.1.1 首循環(huán)空燃比測量方法51-52
• 4.1.2 首循環(huán)進(jìn)氣量標(biāo)定52-53
• 4.1.3 首循環(huán)過量空氣系數(shù)的計算53
• 4.2 起動轉(zhuǎn)速對首循環(huán)燃燒特性的影響53-58
• 4.2.1 起動轉(zhuǎn)速對首循環(huán)燃燒壓力的影響53-57
• 4.2.2 起動轉(zhuǎn)速對首循環(huán)燃燒過程的影響57-58
• 4.3 甲醇對首循環(huán)燃燒特性的影響58-61
• 4.3.1 甲醇對首循環(huán)燃燒壓力的影響58-60
• 4.3.2 甲醇對首循環(huán)燃燒過程的影響60-61
• 4.4 進(jìn)氣門正時對首循環(huán)燃燒特性的影響61-63
• 4.4.1 進(jìn)氣門正時對首循環(huán)燃燒壓力的影響61-63
• 4.4.2 進(jìn)氣門正時對首循環(huán)燃燒過程的影響63
• 4.5 本章小結(jié)63-65
• 第5章 混合動力汽車發(fā)動機準(zhǔn)恒速起動特性研究65-87
• 5.1 準(zhǔn)恒速起動策略對發(fā)動機起動性能的影響65-72
• 5.1.1 準(zhǔn)恒速起動策略對發(fā)動機起動過程的影響65-67
• 5.1.2 準(zhǔn)恒速起動策略對發(fā)動機起動燃燒特性的影響67-70
• 5.1.3 準(zhǔn)恒速起動策略對發(fā)動機起動排放特性的影響70-72
• 5.2 拖動轉(zhuǎn)速對準(zhǔn)恒速起動過程特性的影響72-77
• 5.2.1 拖動轉(zhuǎn)速對起動過程燃燒特性的影響72-73
• 5.2.2 拖動轉(zhuǎn)速對起動過程轉(zhuǎn)速波動的影響73-74
• 5.2.3 拖動轉(zhuǎn)速對起動過程排放特性的影響74-77
• 5.3 甲醇對準(zhǔn)恒速起動過程特性的影響77-81
• 5.3.1 甲醇對起動過程燃燒特性的影響77-78
• 5.3.2 甲醇對起動過程能量消耗的影響78-80
• 5.3.3 甲醇對起動過程排放特性的影響80-81
• 5.4 基于循環(huán)的起動噴油控制策略81-84
• 5.4.1 首循環(huán)噴油量對后續(xù)循環(huán)的影響81-82
• 5.4.2 基于單個循環(huán)噴油量的調(diào)節(jié)對燃燒性能的影響82-83
• 5.4.3 基于多循環(huán)的噴油策略優(yōu)化83-84
• 5.5 本章小結(jié)84-87
• 結(jié)論與展望87-89
• 結(jié)論87
• 展望87-89
• 參考文獻(xiàn)89-95
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果95-97
• 致謝97

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本文編號：561133