局部富氫丁醇發(fā)動機的燃燒與排放特性研究

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1、分類號：ＴＫ４１１＋．２單位代碼：１０１８３研究生學(xué)號：２０１５４２２１１７密級：公開吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)術(shù)學(xué)位（）局部富氫丁醇發(fā)動機的燃燒與排放特性研究ＳｔｕｄｙｏｎＣｏｍｂｕｓｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａＢｕｔａｎｏｌＥｎｇｉｎｅｗｉｔｈＨｙｄｒｏｇｅｎＡｄｄｉｔｉｏｎ作者姓名：劉亞輝專業(yè)：動力工程及工程熱物理研究方向：內(nèi)燃機工作過程優(yōu)化與控制指導(dǎo)教師：林學(xué)東教授培養(yǎng)單位：汽車工程學(xué)院２０１８年６月局部富氫丁醇發(fā)動機的燃燒與排放特性研宄ＳｔｕｄｏｎＣ

2、ｏｍｂｕｓｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｙａＢｕｔａｎｏｉｉｈＨｄｉｔｉｌＥｎｇｎｅｗｔｙｒｏｇｅｎＡｄｄｏｎ作者姓名：劉亞輝專業(yè)名稱：動力工程及工程熱物理指導(dǎo)教師：林學(xué)東教授＞學(xué)位類別：工學(xué)碩士答辯日期：２０１８年６月２曰未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個人，均不得對本論文的全部或部分內(nèi)容進行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩士學(xué)位

3、論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研宄工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包．，含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研宄做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：１以年／月ｙ日摘要局部富氫丁醇發(fā)動機的燃燒與排放特性研究丁醇有著與汽油非常相似的理化性質(zhì)（本文所述丁醇為正丁醇），其在工業(yè)制造方面有著良好的經(jīng)濟性。將丁醇運用到傳統(tǒng)汽油機上，發(fā)動機無需在結(jié)構(gòu)上做太大改動，有著良好的實施性。丁醇作

4、為傳統(tǒng)內(nèi)燃機代用燃料對實現(xiàn)節(jié)能減排，提高能源多樣性，緩解國家能源危，有著重大意義。丁醇汽化潛熱大、飽和蒸汽壓低、粘度大的特性，使其不易與缸內(nèi)空氣充分混合，燃燒質(zhì)量差，尤其是在稀燃的情況下矛盾更為突出。為此本文通過氫氣作為丁醇燃燒的輔助燃料，來優(yōu)化丁醇的燃燒，改善有害尾氣的排放，增加發(fā)動機工作平穩(wěn)性。氫氣是一種清潔的輔助燃料，具有優(yōu)良的理化性質(zhì)。本文所用摻氫方式對氫氣需求量較小，同樣也不需要對傳統(tǒng)汽油機有過多改動，因而有著良好的實施性與經(jīng)濟性。試驗中氫氣在壓縮上止點附近直接噴入缸內(nèi)，能夠有效的避免因發(fā)動機充量系數(shù)下降導(dǎo)致的功率下降的問題，更能避免發(fā)動機回火帶來的危險。本文針對

5、丁醇點燃式發(fā)動機，以氫氣作為輔助燃料，運用復(fù)合噴射方式，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500r/min，中等負荷工況下，在進氣行程向進氣道噴射丁醇，60°CABTDC向缸內(nèi)直噴氫氣，期望構(gòu)造一個火花塞周圍富氫，向外逐步變稀的分層布局。燃燒初期，火花塞迅速點燃附近的氫氣，形成穩(wěn)定的火焰核心，引燃周圍丁醇，促進未燃丁醇與缸內(nèi)氣體充分混合，從而提高發(fā)動機燃燒質(zhì)量，減少CO、HC的排放。為此本文搭建了缸內(nèi)直噴氫氣，進氣道噴射丁醇的復(fù)合噴射平臺，并在dSPACE/Simulink的平臺上開發(fā)發(fā)動機電子控制系統(tǒng)，能夠方便的實現(xiàn)點火時刻、摻氫比例、丁醇與氫氣噴射正時的實時調(diào)節(jié)。從而可以方便的探究氫氣對

6、丁醇發(fā)動機燃燒與排放的影響。本文的主要結(jié)論如下：（1）固定點火提前角10°CABTDC，氫氣的加入能夠明顯的提高混合氣的燃燒速度，增大放熱率峰值與缸壓峰值，并且對應(yīng)峰值轉(zhuǎn)角提前，發(fā)動機缸內(nèi)溫度增加。氣缸溫度增加能夠有效緩解丁醇汽化潛熱大帶來的混合不均勻的問題。與此同時，與純丁醇相比，摻混少量的氫氣能夠明顯的改善混合氣的燃燒質(zhì)量。隨摻氫比例的增加，燃燒對氫氣敏感度下降。（2）由于氫氣的燃燒速度快，點火能量低，隨摻氫比例的增加，最大轉(zhuǎn)矩的最小點火提前角（MBT點）提前。在MBT點氫氣亦能有效的改善混合氣的燃燒質(zhì)量，提高發(fā)動I機的熱效率。（3）在排放性能上，固定點火提前角，由于氫

7、氣的加入提高了缸內(nèi)溫度，NOX排放增加。但氫氣拓展了混合氣的稀燃極限，在過量空氣系數(shù)大于1.4的工況點，NOX的排放處于較低水平。同樣在MBT點亦能通過稀燃，在不增加HC排放的前提下，控制NOX的排放。丁醇汽化潛熱大、飽和蒸汽壓低、粘度大，與缸內(nèi)氣體混合不充分，燃燒質(zhì)量差，是造成HC排放的主要原因。氫氣的加入能夠形成穩(wěn)定的火焰核心，引燃周圍的丁醇，促進周圍丁醇充分混合，提高燃燒質(zhì)量。因而氫氣的加入能夠顯著減少HC的排放。試驗中氫氣雖然能夠減少CO的排放，但是CO的排放主要受過量空氣系數(shù)的影響，過量空氣系數(shù)大于1.1