直喷汽油机中乙醇汽油辛烷值调合及抗爆性影响规律研究

作     者：王昕怡 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：冯洪庆

授予年度：2020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：燃油组分 辛烷值调合效应 直喷汽油机 增压 抗爆性 

摘      要：小型化、增压、直喷等都是提高汽油机热效率的先进技术,但也使得发动机爆震倾向加大。为了改善汽油的抗爆特性,燃油调合需要满足更高的要求。调合燃油中的芳香烃、烯烃、醇类等组分可以有效提高汽油辛烷值,由于各组分的理化特性和燃烧特性各不相同,它们之间的相互作用对于燃料燃烧过程中抗爆特性的影响至关重要。因此本文选用乙醇/TRF燃料作为汽油替代物研究各组分之间的辛烷值调合效应及其机理,并在三维发动机模型中模拟了燃料辛烷值及乙醇对抗爆性的影响,优化提出适用于现代发动机的燃油抗爆性评价指标。本文首先研究TRF基础组分及乙醇添加组分之间的调合辛烷值变化规律,利用Chemkin-Pro软件中的均质间歇反应器进行各组分相互作用的机理研究。通过计算其滞燃期研究燃料辛烷值、敏感度对温度、压力的敏感性,进一步探究燃料组分组成差异对化学动力学驱动的自燃着火特性的影响,以及不同燃料燃烧的温度、放热率、OH和HO摩尔分数在辛烷值相关条件下的变化规律。然后基于Converge软件中建立的三维模型,利用缸内爆震监测点处的缸内压力震荡情况及湍动能云图研究不同RON、MON、OS以及不同掺醇比例的燃料对增压直喷汽油机缸内燃烧特性的影响,通过比较不同燃料在临界爆震工况下指示热效率的变化研究各个因素对燃油抗爆性的影响程度。研究结果表明:发生爆震时,在进气口处爆震幅度最大,排气口处爆震起始时刻最早;随着燃料抗爆性的增强,末端混合气自燃等异常燃烧得到了抑制,燃烧室内湍动能增加,气缸边缘区域湍动能较小;燃料中掺混2%体积乙醇(2%E)与升高1单位RON(1R)、1单位MON(1M)带来的指示热效率增强作用依次为:1R2%E1M。为了更精准的评价现代汽油机中掺醇燃料的抗爆性,本文研究了乙醇的掺混对爆震燃烧的影响,在前人研究的基础上提出了综合考虑各个影响因素的抗爆性评价指标EOI*。研究表明:对比增压工况,自然吸气时缸内温度、压力以及放热率等对掺醇比例变化的响应较大;喷射时刻越迟,燃料燃烧的爆震幅度越小,爆震得到了有效的抑制;乙醇的蒸发冷却作用对爆震的抑制作用不可忽视,抗爆性评价指标EOI*可以更科学的评价乙醇汽油燃料的抗爆特性,且乙醇的各个因素对汽油抗爆性的贡献程度为:化学作用蒸发冷却作用敏感性。