本文關(guān)鍵詞：噴氫策略對(duì)氫氣缸內(nèi)直噴汽油機(jī)稀燃及排放特性的影響

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【摘要】：為了使汽車(chē)行業(yè)從能源緊缺和環(huán)境污染雙重壓力中徹底解放出來(lái),尋找清潔的可再生能源來(lái)替代化石燃料是最有效的方法。氫氣作為一種清潔可再生能源,資源豐富并且綠色環(huán)保,因此成為汽車(chē)行業(yè)一種十分理想的替代能源。由于氫燃料電池和純氫內(nèi)燃機(jī)仍然存在一些技術(shù)問(wèn)題亟待解決,并且生產(chǎn)成本很高,而摻氫內(nèi)燃機(jī)具有耗氫量較小、對(duì)原內(nèi)燃機(jī)改動(dòng)較小以及對(duì)加氫站等設(shè)施依賴(lài)程度較低等優(yōu)點(diǎn)使氫氣在汽車(chē)上應(yīng)用的可行性更高。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“氫氣缸內(nèi)直噴局部富氫稀燃汽油機(jī)及其混合動(dòng)力汽車(chē)節(jié)能機(jī)理研究”,探究噴氫策略對(duì)氫氣缸內(nèi)直噴汽油機(jī)稀燃及排放特性的影響。首先利用CFD仿真研究了氫氣噴射過(guò)程以及不同噴氫時(shí)刻氫氣在缸內(nèi)的分布狀態(tài),然后通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架調(diào)節(jié)噴氫時(shí)刻、摻氫比和過(guò)量空氣系數(shù)研究了噴氫時(shí)刻、摻氫比以及氫氣均勻和分層分布對(duì)氫氣缸內(nèi)直噴汽油機(jī)稀燃及排放特性的影響。本文研究的主要結(jié)論如下:(1)CFD仿真研究表明,噴氫時(shí)刻為300°CA BTDC,由于氫氣噴射較早,在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),在點(diǎn)火時(shí)刻附近氫氣在氣缸內(nèi)均勻分布,不利于分層;噴氫時(shí)刻在90至105°CA BTDC時(shí),由于噴氫時(shí)刻較適中,氫氣噴射后缸內(nèi)滾流流動(dòng)強(qiáng)度與在點(diǎn)火前氫氣運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相匹配,所以在點(diǎn)火時(shí)刻附近,氫氣隨缸內(nèi)滾流繞氣缸順時(shí)針流動(dòng)一周,氫氣濃區(qū)運(yùn)動(dòng)到火花塞附近,并且氫氣在隨滾流運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,氣缸內(nèi)其它空間也擴(kuò)散了一部分氫氣,形成以火花塞為中心向外圍逐漸由濃變稀比較理想的氫氣分層分布狀態(tài)。(2)試驗(yàn)研究表明,不同過(guò)量空氣系數(shù)條件下,隨著摻氫比增大,發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓和放熱率峰值增加,其對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角前移;氫氣在壓縮沖程噴射時(shí),缸壓和放熱率峰值隨著噴氫時(shí)刻提前先增加后減小,其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角先提前后滯后,過(guò)量空氣系數(shù)較大時(shí)這種趨勢(shì)更加明顯;在不同過(guò)量空氣系數(shù)和摻氫比條件下,噴氫時(shí)刻105°CA BTDC缸壓和放熱率峰值均高于300°CA BTDC,其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角也隨之提前,過(guò)量空氣系數(shù)增大時(shí)更加明顯。(3)稀燃條件下,汽油加入少量氫氣,平均指示壓力顯著增加,并且隨摻氫比的增大持續(xù)增加;氫氣在壓縮沖程噴射,混合氣較稀時(shí),平均指示壓力隨噴氫時(shí)刻提前先增大后減小;在不同過(guò)量空氣系數(shù)和摻氫比條件下,噴氫時(shí)刻105°CA BTDC平均指示壓力均高于300°CA BTDC,因?yàn)闅錃庠跉飧變?nèi)分層分布時(shí),在點(diǎn)火時(shí)刻火花塞附近形成合適的氫氣濃區(qū),氫氣在缸內(nèi)的分層狀態(tài)有利于火焰迅速傳播,缸內(nèi)混合氣燃燒速度快,燃燒持續(xù)期短,缸壓峰值增加,其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角提前,增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)做功能力。(4)汽油加入少量氫氣,火焰發(fā)展期和快速燃燒期大幅縮短,隨著摻氫比的增加不斷縮短;氫氣在壓縮沖程噴射時(shí),在大多數(shù)過(guò)量空氣系數(shù)和摻氫比條件下,噴氫時(shí)刻均在90至105°CA BTDC時(shí)火焰發(fā)展期和快速燃燒期最短;在不同過(guò)量空氣系數(shù)和摻氫比條件下,噴氫時(shí)刻從300°CA BTDC推遲到105°CA BTDC時(shí),火焰發(fā)展期和快速燃燒期均縮短,過(guò)量空氣系數(shù)較大時(shí)更加明顯,表明相比于300°CA BTDC噴氫時(shí)刻,火花塞跳火時(shí)氫氣在氣缸中均勻分布的情況,105°CA BTDC噴氫時(shí)刻火花塞跳火時(shí)氫氣在缸內(nèi)分層分布,在火花塞附近形成更容易點(diǎn)燃的氫氣濃區(qū),實(shí)現(xiàn)分層燃燒,更有利于稀混合氣快速燃燒,使得發(fā)動(dòng)機(jī)放熱更加集中,縮短火焰發(fā)展期和快速燃燒期。(5)不同過(guò)量空氣系數(shù)條件下,隨著摻氫比的增加,促使NOX排放不斷增加;過(guò)量空氣系數(shù)超過(guò)1.4時(shí),NOX排放明顯降低,尤其過(guò)量空氣系數(shù)為1.6和1.7時(shí),NOX排放降低至極低的水平,燃燒較稀的混合氣可以非常有效的降低NOX排放。(6)過(guò)量空氣系數(shù)低于1.4時(shí),HC排放均保持在較低的水平。當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)增加到1.6時(shí),混合氣過(guò)稀,燃燒惡化,HC排放迅速上升,但隨著摻氫比的增加HC排放明顯降低;小摻氫比時(shí),噴氫時(shí)刻為105°CA BTDC時(shí)氫氣分層分布有效改善缸內(nèi)燃燒狀態(tài),HC排放最低;當(dāng)摻氫比增大時(shí),氫氣在氣缸內(nèi)均勻分布更有利于減少壁面淬熄和狹隙效應(yīng)所造成的HC排放,所以300°CA BTDC噴氫時(shí)刻HC排放較低。(7)過(guò)量空氣系數(shù)為1.0時(shí)CO排放較高,CO排放隨摻氫比的增加持續(xù)降低;當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)大于1.0時(shí),CO排放均保持在很低的水平。
【關(guān)鍵詞】：汽油機(jī) 氫氣缸內(nèi)直噴 噴氫策略 氫氣分布 稀薄燃燒
【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U464.171
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 引言12-16
• 1.1.1 環(huán)境污染12-14
• 1.1.2 能源緊缺14-16
• 1.2 氫氣在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用16-23
• 1.2.1 氫氣燃料特性16-18
• 1.2.2 純氫內(nèi)燃機(jī)18-20
• 1.2.3 摻氫內(nèi)燃機(jī)20-23
• 1.3 點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)概述23-27
• 1.3.1 汽油缸內(nèi)直噴23-24
• 1.3.2 氫氣缸內(nèi)直噴24-27
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容27-28
• 第2章 試驗(yàn)臺(tái)架搭建28-34
• 2.1 試驗(yàn)臺(tái)架介紹28-30
• 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)及測(cè)試儀器30-33
• 2.2.1 電控系統(tǒng)30
• 2.2.2 測(cè)試儀器30-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第3章 噴氫時(shí)刻對(duì)缸內(nèi)氫氣分布影響的仿真研究34-46
• 3.1 仿真軟件概述34-37
• 3.1.1 基本守恒方程34-35
• 3.1.2 計(jì)算模型的建立35-36
• 3.1.3 仿真模型驗(yàn)證36-37
• 3.2 不同噴氫時(shí)刻缸內(nèi)氫氣分布仿真研究37-44
• 3.2.1 不同噴氫時(shí)刻對(duì)噴氫過(guò)程的影響37-40
• 3.2.2 不同噴氫時(shí)刻對(duì)氫氣分布的影響40-44
• 3.3 本章小結(jié)44-46
• 第4章 噴氫策略對(duì)氫氣缸內(nèi)直噴汽油機(jī)稀燃及排放特性影響的試驗(yàn)研究46-76
• 4.1 不同空燃比下噴氫時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響46-55
• 4.1.1 不同空燃比下噴氫時(shí)刻對(duì)燃燒特性的影響46-53
• 4.1.2 不同空燃比下噴氫時(shí)刻對(duì)排放特性的影響53-55
• 4.2 不同摻氫比下噴氫時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響55-66
• 4.2.1 不同摻氫比下噴氫時(shí)刻對(duì)燃燒特性的影響55-64
• 4.2.2 不同摻氫比下噴氫時(shí)刻對(duì)排放特性的影響64-66
• 4.3 氫氣均勻和分層分布對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響66-74
• 4.3.1 氫氣均勻和分層分布對(duì)燃燒特性的影響66-72
• 4.3.2 氫氣均勻和分層分布對(duì)排放特性的影響72-74
• 4.4 本章小結(jié)74-76
• 第5章 全文總結(jié)及工作展望76-80
• 5.1 全文總結(jié)76-78
• 5.2 工作展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 作者簡(jiǎn)介84-86
• 致謝86-87

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