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原文传递喷射策略对甲醇-汽油双燃料发动机性能和排放的影响研究

论文题名：	喷射策略对甲醇-汽油双燃料发动机性能和排放的影响研究
关键词：	汽车发动机;甲醇燃料;双燃料喷射;喷油策略;工况参数;性能分析
摘要：	为了应对日益严峻的能源安全与环境污染问题，寻找替代燃料和研究其新的喷射策略以实现发动机高效清洁燃烧、成为发动机领域的重要课题之一。甲醇由于其良好的理化性质备受青睐，成为一种理想的发动机替代燃料。为了实现甲醇的高效灵活利用，本文采用甲醇进气道喷射加汽油缸内直喷即MPI+GDI的双燃料喷射模式，通过光学发动机台架喷雾和缸压数据进行仿真模型验证，研究了不同喷射策略和不同工况下MPI+GDI发动机的性能和排放特性，主要包括GDI喷射时刻、喷射压力和二次喷射，MPI喷射模式、转速、负荷以及怠速工况对MPI+GDI发动机的影响，结果表明：　　（1）随着GDI喷油时刻推迟，油气均匀性下降，缸压?放热率和温度峰值减小，其对应的曲轴转角后移，滞燃期和燃烧持续期增大，NOx质量减小，CO和THC则呈现增加趋势。对于GDI640和GDI670，因为汽油喷射过晚缸内燃料燃烧不完全生成了大量非CH3OH的THC。GDI喷油压力增大可以改善油气混合，并且喷油时刻较晚时则改善效果更明显，因此喷射压力增大GDI640和GDI670的缸压、放热率、温度峰值显著上升，NOx排放增加，CO和THC则逐渐下降。此外GDI670_10因在火花塞附近形成局部浓区加速了火焰形成，放热提前且缸压峰值更高。采用二次喷射时，第二次喷射比例增大会导致缸内的油气均匀性变差、燃烧恶化，缸压、放热率以及缸内温度曲线右移，峰值下降，NOx排放减小，CO和THC则逐渐上升。　　（2）对于MPI喷射模式，半开阀喷射下进入缸内的甲醇质量最多且混合较均匀，缸压、放热率和温度峰值最高，闭阀喷射次之，开阀喷射最低，主要原因在于闭阀喷射进入缸内的甲醇质量减少但是其混合最为均匀，而开阀喷射燃料质量最少且油气混合最差。闭阀喷射由于缸内高温兼富氧状态NOx排放最高，CO排放最低；开阀喷射则由于燃烧温度最低因而NOx排放最低，同时由于缸内稀燃状态CO和THC维持在较低水平；半开阀喷射燃烧温度最高但过量空气系数最小，NOx排放较高、CO和THC排放最差。　　（3）随着转速增大，油气混合绝对时间缩短导致均匀性变差，燃烧放热过程推迟且延长（以曲轴转角计），缸压、放热率和温度峰值均逐步下降且后移。由于燃烧温度降低且绝对时间缩短，NOx排放下降；CO和THC则由于缸内油气浓稀不均、燃烧反应不充分而逐渐增加。随着发动机负荷增大，单个循环燃料量增多导致混合气的绝对浓度升高，放热过程则加快且更为剧烈，缸压、放热率和温度峰值增大，高温导致NOx排放升高，同时由于缸内存在更多的燃油浓区因而CO不断升高。怠速工况下随着甲醇替代比例的增大，压力、放热率和温度峰值升高，滞燃期、燃烧持续期缩短。NOx排放由于甲醇燃烧带来的高温而不断升高；同时甲醇脱氢产生的HCO自由基促进了CO的生成，因而CO排放恶化；THC排放则由于掺混甲醇燃烧改善而不断下降，但是甲醇替代比的增大会导致缸内未燃甲醇有所提升。
作者：	何都
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	蒋炎坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2021