小型強化是現(xiàn)代汽油機熱效率提升的重要發(fā)展方向,但汽油機采用高增壓帶來大負荷爆震問題。甲烷辛烷值較高,具有較好的抗爆性能,有利于解決限制發(fā)動機爆震問題;同時,甲烷分子氫碳比較高,燃燒后幾乎沒有顆粒物排放。因此,甲烷-汽油雙燃料發(fā)動機被認為具有良好的燃燒和排放特性。而目前關于發(fā)動機關鍵參數(shù)對甲烷-汽油雙燃料燃燒和排放特性的影響并不十分清楚。因此,本文基于單缸和四缸SI發(fā)動機開展不同工況下甲烷-汽油雙燃料發(fā)動機的燃燒及排放特性基礎試驗和應用試驗研究。首先,為了探究發(fā)動機關鍵參數(shù)對甲烷-汽油雙燃料發(fā)動機燃燒和排放的影響規(guī)律,基于一臺單缸SI發(fā)動機,在節(jié)氣門全開、不同甲烷-汽油雙燃料摻比條件下,開展了不同進氣溫度、進氣壓力、壓縮比等參數(shù)對發(fā)動機燃燒和排放的影響規(guī)律。結果表明:在低壓縮比、稀燃、燃油分層條件下,低甲烷質量分數(shù)下的甲烷-汽油雙燃料相比于汽油滯燃期縮短、缸壓相位提前。高壓縮比條件下,添加甲烷可抑制爆震,同時扭矩和有效熱效率增加;增加進氣壓力可使甲烷-汽油SI發(fā)動機獲得更大的扭矩;提高進氣溫度對爆震傾向影響較小,但最大扭矩降低。甲烷-汽油雙燃料發(fā)動機的常規(guī)氣體排放均隨著甲烷質量分數(shù)的增加而降低。另外,為了明確甲烷-汽油雙燃料的實際應用價值,基于一臺增壓直噴四缸汽油機研究了不同負荷和過量空氣系數(shù)(λ)條件下甲烷-汽油雙燃料對發(fā)動機燃燒和排放的影響。結果表明:中、小負荷工況固定扭矩條件下,隨著甲烷含量的增加,缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力和放熱率峰值增加、著火延遲期縮短、燃燒相位提前;其中在小負荷、稀燃條件下,循環(huán)波動大幅下降,燃燒持續(xù)期縮短,但在中等負荷時,燃燒持續(xù)期隨λ的增加而減少,隨甲烷流量的增加而增加,有效熱效率在甲烷含量和λ較高時表現(xiàn)出上升的趨勢。大負荷工況,相比汽油燃料,甲烷-汽油雙燃料能有效抑制爆震并且拓寬爆震極限,并可提高約2%有效熱效率。以中等負荷、固定輸出扭矩下為例,隨著甲烷含量的增加,在化學當量比下CO、CO_2、THC、NOx等排放均降低;稀燃條件下除NOx外排放均降低。綜上,燃用甲烷-汽油雙燃料可降低小負荷工況循環(huán)波動,實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒;大負荷工況可有效抑制汽油機爆震,同時提升發(fā)動機有效熱效率。同時,甲烷-汽油雙燃料燃燒相比于汽油可以有效降低常規(guī)排放物。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U467
【部分圖文】：

[1]。然而隨著社會的發(fā)展，機動車的保有量以較高的速度逐年上升，2017年甚至超過3億量，如圖1-1所示。石油資源作為不可再生的化石燃料已然捉襟見肘，如圖1-2所示，中國石油的消耗量和進口量連年上升，石油對外依存度持續(xù)增加，嚴重威脅到了國家的能源安全，因此節(jié)能減排是迫在眉睫的問題。圖 1-1 近五年我國機動車保有量Figure 1-1 Motor vehicle ownership in the last five years圖 1-2 中國石油消費量和對外依存度Figure 1-2 China's oil consumption and dependence on foreign countries

然而隨著社會的發(fā)展，機動車的保有量以較高的速度逐年上升，2017年甚至超過3億量，如圖1-1所示。石油資源作為不可再生的化石燃料已然捉襟見肘，如圖1-2所示，中國石油的消耗量和進口量連年上升，石油對外依存度持續(xù)增加，嚴重威脅到了國家的能源安全，因此節(jié)能減排是迫在眉睫的問題。圖 1-1 近五年我國機動車保有量Figure 1-1 Motor vehicle ownership in the last five years圖 1-2 中國石油消費量和對外依存度Figure 1-2 China's oil consumption and dependence on foreign countries

小型化、輕量化的方向發(fā)展，但是仍要保證較高的功率、扭矩等輸出，這就需要采用增壓技術,特別是在低速時也盡可能保持最大的輸出扭矩。但是汽油機采用增壓技術在大負荷條件下會帶來爆震的問題，甚至出現(xiàn)早燃現(xiàn)象[2-4]，尤其是在低速條件下。通常認為爆震是由末端混合氣在火焰?zhèn)鞑サ絹碇白匀家鸬�，爆震燃燒分為兩個階段：由火花塞點火導致的火焰?zhèn)鞑ミ^程和末端混合氣自燃導致的壓力振蕩，造成很大的壓力梯度和溫度梯度。輕微的爆震會有助于提高發(fā)動機的動力性能，主要是因為輕微爆震增加了火焰?zhèn)鞑ニ俣龋沟冒l(fā)動機缸內(nèi)的燃燒等容度更好。但是強烈的爆震會使汽油機輸出扭矩下降，燃燒不穩(wěn)定，燃燒惡化，而且爆震產(chǎn)生的沖擊波會破壞發(fā)動機表面的潤滑油膜，使得高溫氣體熱量直接傳向冷卻液，使冷卻液溫度增加。爆震在嚴重時，甚至會造成活塞熔化、氣缸墊損壞、火花塞的損壞、拉缸等現(xiàn)象。爆震引起的典型的發(fā)動機的損壞如圖 1-3 所示。隨著排放法規(guī)的逐年加嚴，對汽油機 PN 的限制已納入法規(guī)之內(nèi)，解決汽油機 PN的問題，可以采用 EGR、采用合適的噴油策略或者采用高 H/C 比的燃料等等措施。
【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 王志;龍巖;王建昕;;增壓汽油機中早燃和超級爆震的研究進展[J];汽車安全與節(jié)能學報;2015年01期

2 徐雅齊;王志;王建昕;李東升;;增壓直噴汽油機超級爆震的不同抑制方法[J];內(nèi)燃機學報;2014年01期

3 王志;徐雅齊;王建昕;肖建華;;增壓直噴汽油機掃氣抑制爆震試驗研究及模擬解析[J];內(nèi)燃機工程;2013年04期

本文編號：2860180