增压直喷汽油机燃用正丁醇—汽油混合燃料的试验研究

作     者：薛硕 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈征;王健

授予年度：2014年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：正丁醇 直喷汽油机 混合燃料 点火时刻 燃烧 排放 

摘      要：面对环境污染和能源危机的双重压力,寻求经济可行、环境友好的绿色替代燃料变得尤为重要。本文以增压直喷汽油机作为主要研究对象,试验研究了其掺烧生物质燃料正丁醇后的正丁醇掺混比例(分别为15%、30%和50%丁醇比例,简称Bu15、Bu30和Bu50)及点火时刻对该增压直喷汽油机燃烧过程、动力性、经济性和排放性能的影响,并与其燃烧纯汽油的情况进行了对比。 正丁醇混合比例影响的研究结果表明：在部分负荷的当量燃烧闭环控制区,随正丁醇比例增大,滞燃期和燃烧持续期缩短,主放热时刻提前,缸内最大爆发压力升高,同时燃烧反应速率加快,尽管循环平均爆震信号最大值(KPK)增加,但燃烧循环变动减小,导致综合爆震倾向减弱;而在经济性和排放方面,随正丁醇比例增大,有效燃油消耗率增加,但有效热效率提高,另外,催化反应前的THC和CO排放升高,NOx排放明显降低,同时涡前排气温度有所降低;并且随负荷增大,上述燃烧和排放参数变化更明显。在全负荷的开环控制区,燃烧过程参数和排放的变化趋势与部分负荷工况相似;动力性和经济性方面,随正丁醇比例增加,有效燃油消耗率增加,Bu15的有效热效率提高,而Bu30和Bu50的有效热效率略微降低,但功率和转矩均有所增大。此外,正丁醇理化性质对爆震趋势影响明显,理论辛烷值相同的50%正丁醇-汽油混合燃料(Bu50)与10%乙醇-汽油混合燃料(E10)相比,循环平均爆震信号最大值明显增加。 50%正丁醇-汽油混合燃料的点火时刻研究结果表明：Bu50的燃烧和排放随点火时刻的变化趋势与Bu00基本一致,随点火时刻的提前,缸内最大爆发压力和放热率升高,燃烧反应速率加快,滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧循环变动减小;在爆震边界,燃烧热功转化效率升高,燃油消耗率降低,有效热效率达到最高;此外,随点火时刻提前,催化反应前的THC排放升高,CO排放保持不变,涡前排气温度降低;相比于Bu00的NOx逐渐升高,Bu50的NOx排放基本保持不变,且Bu50的NOx和涡前排气温度均比汽油低。 综上所述,增压直喷汽油机燃用大比例正丁醇汽油混合燃料,在保证发动机动力性不变的同时,能够改善热效率和燃烧稳定性;同时结合更早的点火时刻,可以最大限度地提高燃烧热效率,优化发动机的燃油经济性,特别在汽油机的当量燃烧控制区。本文的研究可以为正丁醇燃料在汽油机上的高效清洁利用提供有用的参考。