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氢内燃机冷起动燃烧与排放特性研究

氢内燃机冷起动燃烧与排放特性研究

作者：白晓鑫北京工业大学

学位级别：硕士

氢内燃机在运转过程中尤其是高负荷工况下会产生大量的NOx排放,这已成为阻碍其作为商品应用的一个瓶颈。尽管国内外的学者已对氢内燃机NOx排放控制开展了较为广泛的研究,但是这些研究主要集中于怠速、部分负荷及高速、高负荷下氢内燃机... 详细信息

氢内燃机在运转过程中尤其是高负荷工况下会产生大量的NOx排放,这已成为阻碍其作为商品应用的一个瓶颈。尽管国内外的学者已对氢内燃机NOx排放控制开展了较为广泛的研究,但是这些研究主要集中于怠速、部分负荷及高速、高负荷下氢内燃机的燃烧与排放研究,对于氢内燃机冷起动工况下燃烧与排放特性的研究报道较为缺乏。冷起动是内燃机的一种典型工况,与其他工况相比,氢内燃机在冷起动工况下由于缸内温度较低使得NOx生成较少,但同时内燃机后处理系统尚未达到工作温度,使得生成的有害排放物直接被排至大气环境中,因而氢内燃机冷起动工况的排放性并不乐观。探索氢内燃机冷起动工况下燃烧与排放特性,寻求一种简单、高效的冷起动工况NOx控制技术,对于改善氢内燃机整体性能和推广氢内燃机汽车具有非常重要的意义。本文通过数值计算和试验的方法就过量空气系数与点火角对氢内燃机冷起动工况下燃烧与排放特性的影响进行了研究,以实现氢内燃机冷起动过程中低NOx排放。首先,基于CHEMKIN仿真软件对初始温度和压力分别为298 K和0.1 MPa,当量比分别为0.6、0.8、1.0、1.2和1.4条件下氢气-空气预混燃烧过程进行了数值计算,重点分析了不同当量比对氢空气预混层流火焰特性、活性自由基及NO的生成规律的影响。计算结果表明,浓燃对于抑制燃烧温度,降低中间自由基及NO的生成速率具有显著的作用,为试验的进行提供了理论支持。为满足氢内燃机冷起动研究要求,本文以北京现代生产的一台四缸多点电喷点燃式内燃机为原型机,将其改造为进气道喷射式氢内燃机,并采用一套自主研发的电子控制单元来控制内燃机点火与氢气的喷射。通过调整氢气的喷射脉宽和点火提前角,可以实现对氢内燃机冷起动过程中混合气过量空气系数和点火时刻等参数的调整。其次,基于所搭建的氢内燃机试验系统,本文进行了过量空气系数对氢内燃机冷起动工况燃烧与排放特性的试验研究,重点探究了浓燃对氢内燃机冷起动性能及NOx排放的影响。研究结果表明,浓燃有利于提高氢内燃机冷起动性能并降低冷起动过程中NOx排放。当过量空气系数由1.54逐渐减小至0.72时,氢内燃机起动成功时间缩短了20.8%,冷起动前6秒内,氢内燃机NOx排放平均值降低约84.3%。然而,浓燃条件下,氢内燃机冷起动过程中缸内温度及转速较高,有利于润滑油蒸发、窜入缸内而带来HC和CO排放的升高,特别是CO排放问题更为显著。最后,针对氢内燃机浓燃冷起动时所带来的HC及CO排放问题,本文研究了浓燃条件下,点火角对氢内燃机冷起动工况下燃烧及排放特性的影响。研究结果表明,在过量空气系数为0.7的条件下,当点火角由25°CA BTDC逐步推迟至10°CA ATDC时,氢内燃机起动成功时间呈现先缩短后延长的变化趋势,缸压峰值先升高后逐渐降低,而冷起动前6秒内NOx、HC及CO排放平均值分别降低约84.9%、33.6%和23.8%。由此可见,浓燃条件下,过早或过晚点火都不利于氢内燃机冷起动,而适当推迟点火角可有效降低氢内燃机冷起动过程中的NOx、HC及CO排放。

关键词：氢内燃机冷起动燃烧排放

C4.5算法在大学生就业满意度分析中的应用研究

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中国市场 2017年第28期 153-154,244页

作者：白晓鑫哈尔滨商业大学管理学院黑龙江哈尔滨150028

文章运用决策树中的C4.5算法对所调查的数据进行数据挖掘。通过实例给出了该算法在大学生就业满意度分析中的应用,以找出影响就业满意度的因素,为大学生自身发展及高校学生工作提供依据,提高就业满意度。

关键词：数据挖掘决策树 C4.5算法就业满意度

过量空气系数对氢内燃机冷起动燃烧及排放的影响

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工程热物理学报 2020年第8期41卷 2077-2083页

作者：纪常伟白晓鑫汪硕峰徐溥言杨金鑫苏腾北京工业大学环境与能源工程学院北京100124

本文在一台1.6 L四缸进气道燃料喷射氢内燃机上,通过自主开发电子控制单元逐步调节氢气的喷射脉宽,试验研究了过量空气系数(λ)对氢内燃机冷起动燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:当λ由1.54逐渐减小至0.72时,氢内燃机冷起动前6 s内... 详细信息

本文在一台1.6 L四缸进气道燃料喷射氢内燃机上,通过自主开发电子控制单元逐步调节氢气的喷射脉宽,试验研究了过量空气系数(λ)对氢内燃机冷起动燃烧与排放特性的影响。试验结果表明:当λ由1.54逐渐减小至0.72时,氢内燃机冷起动前6 s内,起动转速峰值逐渐升高,成功起动时间由2.4 s逐渐缩短至1.9 s,起动时间缩短了20.8%;相同循环数下,火焰发展期(θ(0-10))和快速燃烧持续期(θ(10-90))随λ的减小呈现逐渐缩短的变化趋势;NOx排放呈现先小幅上升,而后逐渐降低的变化规律,冷起动前6 s内NOx平均排放降低约84.4%,且在λ=1.41时NO_x排放峰值及平均排放均最高.此外,由于部分润滑油进入缸内参与燃烧而导致排放中会出现HC及CO污染物,且随λ的减小,HC及CO排放逐渐增加。

关键词：内燃机燃烧排放氢气冷起动过量空气系数

基于CNN-Transformer融合框架的柴油车氨排放预测方法研究

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中国环境科学 2024年

作者：白晓鑫郭向阳吴春玲王凤滨李旭刘卫林中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津大学机械工程学院

柴油车氨(NH3)排放及其对空气质量的影响日益成为环境监管机构和研究人员关注的焦点，准确监测实际道路条件下柴油车的NH3排放量对环境保护具有重要意义.本研究提出了一种基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network， CNN）和Tran... 详细信息

柴油车氨(NH3)排放及其对空气质量的影响日益成为环境监管机构和研究人员关注的焦点，准确监测实际道路条件下柴油车的NH3排放量对环境保护具有重要意义.本研究提出了一种基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network， CNN）和Transformer融合框架的柴油车NH3排放预测模型.该模型充分结合了CNN的局部特征提取能力和Transformer的全局依赖关注能力，实现了对实际行驶条件下柴油车NH3排放的高精度预测.研究以一辆N3类柴油车的实际道路排放测试数据为基础，采用Pearson相关系数法进行特征筛选，并利用贝叶斯优化算法对模型关键超参数进行调整，以提升模型性能.此外，应用SHAP（SHapley Additive exPlanations）算法量化了影响NH3排放的关键因素.结果表明，所提模型在独立数据集上能够高精度预测柴油车实际道路行驶中的NH3浓度排放，其预测的NH3浓度与实际测量值的R2、MAE和MSE分别达到0.986、0.663和2.285，预测性能显著优于传统的随机森林（Random Forest， RF）模型、长短期记忆（Long Short-Term Memory， LSTM）神经网络模型以及Transformer模型.研究为在用柴油车NH3排放监测提供了一种高效可靠的方法，同时为深入理解影响柴油车实际道路NH3排放的关键因素提供了新的研究思路.

关键词：柴油车排放 NH 卷积神经网络 Transformer

企业社会责任主题策略对消费者品牌态度的影响--企业内外部社会责任一致性视角

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中国市场 2021年第18期 117-118页

作者：刘东胜白晓鑫东华大学旭日工商管理学院上海200051

通过情境实验研究发现:企业内外部社会责任一致性是企业社会责任活动主题匹配性与连贯度产生交互作用的边界条件,不同企业内外部社会责任一致性下,采用不同的企业社会责任主题策略,会产生不同的效果。企业在开展社会责任活动时,不仅要... 详细信息

通过情境实验研究发现:企业内外部社会责任一致性是企业社会责任活动主题匹配性与连贯度产生交互作用的边界条件,不同企业内外部社会责任一致性下,采用不同的企业社会责任主题策略,会产生不同的效果。企业在开展社会责任活动时,不仅要关注内外部社会责任的资源分配,也要关注开展社会责任的内容以及投入的时间,以更好地形成竞争优势。

关键词：企业社会责任主题策略内外部社会责任一致性品牌态度

点火角对氢内燃机冷起动燃烧与排放特性的影响

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北京工业大学学报 2019年第9期45卷 911-917页

作者：纪常伟白晓鑫汪硕峰徐溥言苏腾从骁宇北京工业大学环境与能源工程学院区域大气复合污染防治北京市重点实验室北京100124 北京电动车辆协同创新中心北京100081

为了解决氢内燃机浓燃起动时由于润滑油进入燃烧室而造成的HC、CO排放较高问题,进一步优化氢内燃机冷起动性能,在一台经改装的1. 6 L四缸进气道燃料喷射氢内燃机上,试验研究了浓燃条件下点火角对氢内燃机冷起动燃烧与排放特性的影响.试... 详细信息

为了解决氢内燃机浓燃起动时由于润滑油进入燃烧室而造成的HC、CO排放较高问题,进一步优化氢内燃机冷起动性能,在一台经改装的1. 6 L四缸进气道燃料喷射氢内燃机上,试验研究了浓燃条件下点火角对氢内燃机冷起动燃烧与排放特性的影响.试验中,将氢内燃机冷却水及机油温度控制在(24±0. 5)℃,点火角由25°BTDC逐渐推迟至10°ATDC.试验结果表明:在过量空气系数为0. 7条件下,随着点火角的逐渐推迟,氢内燃机冷起动转速与首循环缸内压力峰值均呈现先升高后降低的变化趋势,起动成功时间呈现先缩短后延长的变化趋势.其中当点火角为15°BTDC时,氢内燃机成功起动时间最短,首循环缸内压力峰值最大;随点火角的推迟,氢内燃机冷起动前50个循环火焰发展期平均值先缩短后有所延长,而快速燃烧持续期逐渐延长;由于蒸发的润滑油进入气缸内而导致排放中出现一部分HC和CO污染物.当点火角由25°BTDC推迟至10°ATDC时,氢内燃机冷起动前6 s内NOx、HC及CO排放平均值分别降低约84. 9%、33. 6%和23. 8%.由此可见,推迟点火角有利于降低纯氢内燃机冷起动过程中NOx、HC及CO排放.

关键词：内燃机燃烧排放氢气冷起动点火角

基于实际道路测试的重型柴油车排放评估方法研究

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环境污染与防治 2023年第10期45卷 1380-1386页

作者：李旭刘卫林吴春玲白晓鑫景晓军中国汽车技术研究中心有限公司天津300300 天津大学机械工程学院天津300072

为分析重型柴油车实际道路测试情况下污染物的排放评估方法,选取了4辆国六重型柴油车进行实际道路排放试验。试验结果表明,现行《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(GB 17691—2018)采用的功基窗口法在计算过程中剔... 详细信息

为分析重型柴油车实际道路测试情况下污染物的排放评估方法,选取了4辆国六重型柴油车进行实际道路排放试验。试验结果表明,现行《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(GB 17691—2018)采用的功基窗口法在计算过程中剔除了大量发动机处于低功率段时氮氧化物(NO_(x))高比排放区域数据,大幅低估了重型柴油车在实际道路工况下的NO_(x)排放量,不能充分反映车辆实际道路排放水平,应进一步修改完善,建议后续标准修订时,去除法规中功率阈值最小10%的限制,采用全窗口的90%分位值来表征车辆的排放水平,或通过行程时间占比加权值法计算污染物比排放。

关键词：重型柴油车 NO_(x)排放国六排放标准功基窗口法

国六非城市在用柴油车实际运行工况与氮氧化物排放特征研究

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环境污染与防治 2024年第6期46卷 789-795,809页

作者：白晓鑫吴春玲景晓军刘卫林李旭杨永真中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津300300 天津大学机械工程学院天津300072

非城市柴油车在柴油车市场中占据了较大的份额,开展国六非城市在用柴油车实际运行工况与氮氧化物(NO_(x))排放特征分析,对于下一阶段实际道路排放测试方法的升级以及降低NO_(x)排放具有重要意义。利用在用柴油车远程监控数据,系统研究... 详细信息

非城市柴油车在柴油车市场中占据了较大的份额,开展国六非城市在用柴油车实际运行工况与氮氧化物(NO_(x))排放特征分析,对于下一阶段实际道路排放测试方法的升级以及降低NO_(x)排放具有重要意义。利用在用柴油车远程监控数据,系统研究了国六N_(2)和N_(3)类非城市在用柴油车实际运行工况与NO_(x)排放特征,并与便携式排放测试系统(PEMS)测试结果进行对比。结果表明,在市区和市郊工况下,国六非城市在用柴油车实际运行时间占比和NO_(x)排放贡献率均低于PEMS测试,而在高速工况下的实际运行时间占比和NO_(x)排放贡献率均高于PEMS测试。建议在后续标准的修订中,应进一步优化PEMS测试中非城市车辆的行驶工况构成比例,以便更真实地反映其实际NO_(x)排放水平。此外,国六非城市柴油车NO_(x)比排放随车速和发动机负荷的提高呈下降趋势。高速工况下,N_(2)和N_(3)类非城市在用柴油车的NO_(x)比排放较于市区工况分别降低了72.1%和64.7%。值得注意的是,约13%的N_(2)类非城市在用柴油车在市区工况下表现出选择性催化还原(SCR)入口排气温度较低,导致SCR装置处于低转化效率状态。因此,应提高SCR装置低温转化效率,以降低市区行驶工况下的NO_(x)实际排放量。

关键词：非城市柴油车实际道路便携式排放测试系统测试远程排放监控氮氧化物排放

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混合动力车辆OBD系统架构设计

科技通报 2021年第2期37卷 97-101页

作者：白晓鑫吴春玲郭向阳中国汽车技术研究中心有限公司天津300300

通过分析国六排放法规对混合动力车辆OBD系统的要求,结合一款插电式混合动力车辆整车通信架构,给出了一种满足法规要求的混合动力车辆分布式OBD系统架构设计方案,并对其排放相关控制器的分类、OBD系统控制原理、故障指示器(MIL)点亮规... 详细信息

通过分析国六排放法规对混合动力车辆OBD系统的要求,结合一款插电式混合动力车辆整车通信架构,给出了一种满足法规要求的混合动力车辆分布式OBD系统架构设计方案,并对其排放相关控制器的分类、OBD系统控制原理、故障指示器(MIL)点亮规则和数据交互等进行简述。对其它混合动力车辆OBD系统架构的开发具有借鉴意义。

关键词：混合动力车辆 OBD 分布式拓扑架构