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《东北林业大学》 2011年
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汽油机进气混合O_2/CO_2的燃烧机理与性能研究

姚春玲  
【摘要】:随着汽车保有量的不断增加和排放法规的日益严格,传统能源利用技术的创新已成为备受瞩目的焦点问题。其中,发动机混合进气富氧化以其优越的节能与环保效应引起了广泛的关注。进气混合助燃气体与非助燃气体对发动机性能存在不同影响,即进气混合助燃气体(如02),将提高动力性与燃料经济性,降低HC和CO排放,但是NOx排放显著升高;进气混合非助燃气体(如CO2),将使动力性与燃料经济性恶化,HC和CO排放升高,但是NOx排放显著降低。因此,本文从改善燃烧降低排放的目标出发,以数值模拟和台架试验为主要研究手段,针对汽油机富氧进气混合气性质、化学反应动力学燃烧机理与排放特性,混合02对汽油机低温冷起动燃烧与排放的改善作用,O2/CO2混合最佳进气配比等问题,主要进行了以下研究工作: 第一,以理论分析为基础,分析了增加O2体积分数对异辛烷氧化过程燃烧产物与中间产物的影响,以及富氧进气汽油机的燃烧机理和排放特性,总结了富氧进气汽油机燃烧过程的本质特性和规律。提高O2体积分数使汽油机化学反应速度加快,OH和CH20等重要燃烧中间产物的生成量和生成宽度增加,从而促使燃料燃烧更加彻底,燃烧温度与燃烧压力增加,不完全燃烧产生的CO和未燃HC排放降低。但是,提高O2体积分数在改善缸内燃烧状况的同时,带来了NOx排放显著升高的问题。所以,本文采用进气中混合CO2的方法,以降低富氧进气产生的较高NOx排放。 第二,根据汽油机进气成分中O2/CO2的进气配比,确定相应的研究内容及研究方法,并使用相应的试验系统与测试仪器,构建混合进气汽油机性能试验台架及低温冷起动试验台架,开展相关试验研究。 第三,基于循环控制的方法,对不同O2体积分数汽油机低温冷起动最初60s内的CO、CO和NOx排放及缸内燃烧状况的影响进行分析;根据汽油机应用富氧进气后的发动机运行状态,选择最佳富氧比例范围。研究结果表明:从控制汽油机冷起动阶段排放的角度出发,23%-25%富氧进气更适合本试验汽油机在低温环境冷起动。 第四,针对不同稳态工况和不同混合进气组分条件,设计试验方案,测试发动机的动力性能、经济性能、燃烧特性和排放特性。研究汽油机进气单独混合02、同时混合O2/CO2后的性能,重点研究进气组分与发动机工况的匹配,在保证发动机功率和油耗率的基础上,尽可能地减少CO、CO和NOx等有害气体排放。富氧进气汽油机的负荷特性与速度特性试验结果显示,23%-25%O2体积分数为最佳富氧进气方式。进一步增加O2体积分数将使NOx排放成倍增长,但其他有益指标的变化幅度明显减弱。向25%02体积分数富氧进气汽油机添加体积分数为2%的CO2,可以在提高动力性和燃料经济性的同时,降低HC、CO和NOx排放,提高燃烧温度。 第五,利用CHEMKIN软件,导入异辛烷化学反应动力学机理,模拟不同混合进气组分时的燃烧过程,并结合试验检测结果对模型的精度进行了验证,分析了进气成分对中间反应基团及异辛烷氧化机理的影响,补充试验研究的不足,对改变压缩比和过量空气系数后富氧进气汽油机燃烧过程的变化也进行了分析。
【学位授予单位】:东北林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U464.171

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【引证文献】
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【同被引文献】
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