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双喷射汽油机稀薄燃烧的燃烧特性与颗粒物排放特性的研究

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双喷射汽油机稀薄燃烧的燃烧特性与颗粒物排放特性的研究

作者：毛克让上海交通大学

学位级别：硕士

提升燃油经济性和降低尾气污染物排放是汽油发动机发展的永恒主题。缸内直喷汽油机具有敏捷的动力响应性和良好的燃油经济性,其商业应用占据大部分新的乘用车市场,但是它面临着严格的颗粒物排放法规的挑战,集成了进气道喷射技术的双喷... 详细信息

提升燃油经济性和降低尾气污染物排放是汽油发动机发展的永恒主题。缸内直喷汽油机具有敏捷的动力响应性和良好的燃油经济性,其商业应用占据大部分新的乘用车市场,但是它面临着严格的颗粒物排放法规的挑战,集成了进气道喷射技术的双喷射汽油机在颗粒物减排上有着优异的特性。稀薄燃烧技术伴随着缸内直喷式汽油机的应用而生,其巨大的节油潜力一直备受关注。本文先是通过三维CFD商业软件CONVERGE建立了原机三维模型,计算了气缸内流动、喷雾和燃烧等物理化学过程。计算结果表明缸内气流运动存在大范围的滚流现象,缸内喷射正时和喷射压力对缸内易燃的分层混合气的形成至关重要,二段燃油喷射携带的冲量会对火花塞附近带来较强烈的气流扰动。之后在自主改装的双喷射汽油原型发动机上,通过台架的稳态试验,考察了稀燃程度、缸内喷油策略和点火正时对中低负荷下双喷射汽油机稀薄燃烧的燃烧特性和颗粒物排放特性的影响。实验中,一部分燃油在进气道喷射,另一部分在缸内喷射。双喷射分层稀燃是在压缩阶段进行缸内喷射,在缸内形成了强分层的油气混合气,其稀燃极限较大,油耗最多降低11.6%,燃油经济性提升的潜力巨大,但是颗粒物排放较原机改善程度有限。将缸内喷射提前至进气冲程阶段,形成了弱分层的油气混合气的双喷射均质稀燃,其稀燃极限相对较低,但是优化后的燃烧稳定性较强,燃烧效率高,油耗最多改善10.4%,同时颗粒物数量减排可以稳定的达到90%以上。

关键词：双喷射汽油机分层稀燃均质稀燃燃烧特性颗粒物排放特性

直喷比例和控制参数对双喷射汽油机燃烧与颗粒物排放影响的研究

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直喷比例和控制参数对双喷射汽油机燃烧与颗粒物排放影响的研究

作者：陈文浩上海交通大学

学位级别：硕士

缸内直喷汽油机动力、经济性较好,但颗粒物排放相对较高。即将实施的国六法规新增颗粒物数量PN(Particulate Number)限值为6×10个/km,这给直喷汽油机的颗粒物排放控制带来了巨大挑战。将进气道喷射和缸内直喷相结合的双喷射发动机可以... 详细信息

缸内直喷汽油机动力、经济性较好,但颗粒物排放相对较高。即将实施的国六法规新增颗粒物数量PN(Particulate Number)限值为6×10个/km,这给直喷汽油机的颗粒物排放控制带来了巨大挑战。将进气道喷射和缸内直喷相结合的双喷射发动机可以充分发挥两种供油方式的优点,在保证高效率的同时,降低颗粒物排放。本文基于一台由直喷汽油机改造而来的进气道-缸内双喷射发动机,开发了双喷射电子控制系统,并通过台架试验,考察了直喷比例和控制参数对双喷射汽油机燃烧和颗粒排放的影响。直喷比例试验结果表明,与直喷模式相比,双喷射(直喷比例50%)PN排放数量级从10个/cm降至10个/cm,低转速、低负荷下颗粒物降幅最大。降低直喷比例,发动机缸压峰值升高,放热提前,CO排放显著降低,NOx排放略有升高。直喷比例降低,发动机PN排放基本呈线性下降,而当直喷比例小于20%时,双喷的PN排放已经接近纯气道喷射模式。直喷比例的降低会让发动机颗粒物粒径分布向小粒径方向移动。低水温时(30℃),与直喷模式相比,双喷射(直喷比例60%)的燃烧相位显著提前,PN排放降幅超过80%。无论是低水温还是正常水温工况,相比于直喷模式,双喷射均能有效降低排放碳烟颗粒的氧化活化能,提高其氧化活性。控制参数试验结果表明,直喷模式存在最佳的直喷正时使得PN排放最低,双喷射最佳的直喷正时要比直喷模式更靠近排气上止点。无论直喷还是双喷模式,提高直喷压力都能有效降低发动机PN排放,同时颗粒物几何平均直径也随直喷压力的升高而逐渐下降。在低水温工况下,点火正时推迟,发动机燃烧稳定性下降,积聚态PN占比降低,直喷模式的PN排放不断下降,双喷射PN排放先下降,后略有增加。

关键词：双喷射汽油机颗粒排放直喷比例粒径分布氧化活性

点火正时对双喷射汽油机稀燃的燃烧特性与颗粒物排放的影响

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小型内燃机与车辆技术 2020年第3期49卷 8-15,21页

作者：毛克让陶杰方俊华上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

基于一台双喷射汽油原型机,开展了点火正时对双喷射稀燃的燃烧特性和颗粒物排放特性的研究。实验结果表明:随着点火正时的提前,燃烧相位提前,缸压与放热率峰值上升,燃烧波动减小,缸内燃烧得到优化,相对于原机直喷燃烧模式最终取得了8.8... 详细信息

基于一台双喷射汽油原型机,开展了点火正时对双喷射稀燃的燃烧特性和颗粒物排放特性的研究。实验结果表明:随着点火正时的提前,燃烧相位提前,缸压与放热率峰值上升,燃烧波动减小,缸内燃烧得到优化,相对于原机直喷燃烧模式最终取得了8.8%的节油效果。不同点火正时会影响颗粒物粒径的分布;颗粒物排放随着点火正时的提前而趋于洁净,在点火正时46°bTDC时,颗粒物数量(PN)相对于原机降低了84%,颗粒物质量(PM)降低了94%。

关键词：双喷射汽油机稀燃燃烧特性颗粒物排放点火正时

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喷射策略对汽油机分层稀燃特性的影响

喷射策略对汽油机分层稀燃特性的影响

作者：陶杰上海交通大学

学位级别：硕士

缸内直喷式汽油机(GDI)得益于其更高的热效率和更好的动力性成为主流的汽油机技术,然而,随着日益严格的排放法规,尤其是最近颁布实施的国六排放法规规定汽油机颗粒物排放限制在6×10#/km,缸内直喷式汽油机高颗粒物排放的特性成为其进一... 详细信息

缸内直喷式汽油机(GDI)得益于其更高的热效率和更好的动力性成为主流的汽油机技术,然而,随着日益严格的排放法规,尤其是最近颁布实施的国六排放法规规定汽油机颗粒物排放限制在6×10#/km,缸内直喷式汽油机高颗粒物排放的特性成为其进一步发展面临的巨大挑战。而传统的进气道喷射因为更充分的油气混合以及更少的燃油湿壁效应,导致颗粒物排放相对GDI发动机大大减少。因此本研究通过将两者结合,在原本的缸内直喷式汽油机上加装进气道喷射装置而形成双喷射发动机,充分结合两者各自的优势,在保证高效动力输出的同时产生更低的排放。除了排放法规的严苛限制,节能高效也是内燃机研究中永恒不变的发展方向。稀薄燃烧技术则是降低发动机燃油耗的有效燃烧策略,通过适当提高空燃比使缸内混合气更加充分的燃烧从而提高热效率降低油耗。分层稀燃则是更进一步的稀薄燃烧方案,通过达到更高的空燃比,从而取得更明显的降油耗的效果。本文的研究利用缸内-进气道双喷射系统开发了一种新型的缸内油气分层策略,即进气道喷油形成缸内外层稀薄混合气氛围,当活塞达到压缩上止点前直喷喷油形成火花塞附近的浓混合气,这种方案能在2000rpm,2Bar BMEP的工况下使过量空气系数达到1.8而稳定燃烧,油耗相比原机也有显著降低。本文的研究是通过调整双喷射发动机的控制策略,考察其对于发动机燃烧及排放特性的影响,燃烧特性的研究包括了油耗、缸压及放热率、燃烧相位及持续期以及燃烧稳定性,排放特性包括了颗粒物的数量质量浓度、颗粒物粒径分布、颗粒物模态比例及GMD特性,同时还包括了CO、THC、NOx在内的气体排放特性。实验研究表明,通过调整控制策略,发动机的油耗最低相比原机降低了15.85%,通过直喷比例、直喷喷油压力及直喷时刻的调整可以燃烧的循环变动降低至理想水平。颗粒物排放方面,提高过量空气系数、提前喷油、提高喷油压力、推迟点火时刻的措施都会降低颗粒物排放,降低直喷比例也会带来显著的颗粒物排放下降。最优化的控制策略能使颗粒物浓度数量级相比原机从10降低至10,效果显著。气体排放特性主要是为控制策略的选择提供指导作用,避免出现颗粒物排放和油耗优化的同时气体排放出现过度的恶化情况。

关键词：分层稀燃双喷射汽油机油耗特性颗粒物排放气体排放

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油品对汽油机排放特性影响的研究

油品对汽油机排放特性影响的研究

作者：冯军天津大学

学位级别：硕士

良好的汽油品质是汽油机高品质排放的重要保证,了解燃料特性对汽油发动机排放的影响规律对于升级油品和制定汽油标准至关重要。为探究汽油特性对发动机排放的影响规律,本研究通过配制不同组分以及不同特性的汽油,在一台先进的双喷射(GDI... 详细信息

良好的汽油品质是汽油机高品质排放的重要保证,了解燃料特性对汽油发动机排放的影响规律对于升级油品和制定汽油标准至关重要。为探究汽油特性对发动机排放的影响规律,本研究通过配制不同组分以及不同特性的汽油,在一台先进的双喷射(GDI+PFI)发动机台架系统上开展了试验研究,针对发动机不同的冷却水温度、转速以及负荷等边界条件,分别探究了汽油蒸馏特性以及乙醇汽油掺混比对汽油机颗粒物及气体污染物排放的影响规律,得到的主要结论有:1)汽油的蒸馏特性对发动机颗粒物排放影响较大。研究发现,在怠速以及冷态工况时,汽油的挥发性越差,颗粒物数量浓度越高,主要是因为汽油挥发性的降低,导致局部油气混合不均加剧,燃烧恶化;在热态条件下,除低速大负荷工况外,双喷汽油机的颗粒物排放随着燃料驱动指数的增加而升高。2)汽油的蒸馏特性对发动机气体排放的影响效果不如对颗粒物排放的影响明显。在冷态工况,双喷汽油机的THC排放随着燃料驱动指数的升高而小幅度增加,NOx排放则呈现出先升高后降低的趋势;在热态工况,中大负荷时CO和NOx排放随燃料蒸馏特性的恶化而整体呈现略有升高的趋势。3)掺入乙醇的汽油可以在一定程度上影响发动机的排放。发动机燃用乙醇汽油后,其尾气中颗粒物、CO和THC的排放有一定的减少,但是会增加其NOx的排放量。在热态低速小负荷和高速中大负荷工况,随着乙醇体积分数的升高,颗粒物排放逐渐降低。在冷态时,随着乙醇体积分数的增加,双喷汽油机CO的排放逐渐降低;低速中等负荷下的THC排放有小幅降低。热态工况下,高速大负荷时乙醇汽油对CO排放降低效果明显;乙醇体积分数越大,THC排放越低,NOx排放越高。

关键词：蒸馏特性乙醇汽油双喷射汽油机排放

乙醇汽油与普通汽油非常规污染物排放特性对比研究

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环境科学学报 2020年第1期40卷 111-118页

作者：瞿国凡姚春德吴涛阳王辉李壮壮闫俊杰天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 丰田汽车研发中心(中国)有限公司北京分公司北京100020

在一台满足国Ⅴ排放标准的双喷射(气口喷射+缸内直喷)汽油机上开展了燃用E10乙醇汽油(乙醇体积比为10%)对发动机非常规排放特性影响的试验研究.使用傅里叶变换红外分析仪(FTIR)测量了饱和烃、不饱和烃、芳香烃及醇、醛等非常规污染物排... 详细信息

在一台满足国Ⅴ排放标准的双喷射(气口喷射+缸内直喷)汽油机上开展了燃用E10乙醇汽油(乙醇体积比为10%)对发动机非常规排放特性影响的试验研究.使用傅里叶变换红外分析仪(FTIR)测量了饱和烃、不饱和烃、芳香烃及醇、醛等非常规污染物排放量,对比分析了双喷射模式时各工况下E0和E10两种燃料的非常规排放水平.结果表明,双喷射模式下,加入乙醇有效降低了乙烯、1,3-丁二烯、苯和甲苯的排放量,但会导致乙醛排放升高.双喷射模式下,随着负荷增加,两种燃料下的1,3-丁二烯和甲苯排放呈现先升高后降低的趋势,乙烯、甲醛和苯排放则先降低后升高.乙醇能抑制1,3-丁二烯、乙烯生成,抑制效果为PFI模式优于双喷射模式,GDI模式抑制量最低.PFI和GDI模式下E10的甲醛排放均显著升高,但双喷射模式有效抑制了甲醛排放的增加.

关键词：双喷射汽油机乙醇汽油非常规排放特性