燃料特性及喷油策略对压燃式发动机燃烧与排放的影响

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1、燃料特性及喷油策略对压燃式发动机燃烧与排放的影响TheEffectofFuelPropertiesandInjectionStrategiesonCombustionandEmissionCharacteristicsinCompressionIgnitionEngines作者姓名：赵树发领域（方向）：内燃机工作过程优化与控制指导教师：孙万臣教授类别：工学硕士答辩日期：2015年6月4日摘要燃料特性及喷油策略对压燃式发动机燃烧与排放的影响目前世界各国都针对汽车制定了严格的排放法规，而且控制标准愈来愈严，控制目标从低排放、超低排放、直至零排放。同时随着全球范围内对于节能减排

2、及低碳经济的不断重视，提高内燃机的燃烧热效率、降低燃油耗亦受到内燃机工作者的普遍重视。众所周知，内燃机的燃烧及排放与燃料理化特性紧密相关。发动机的燃烧过程主要取决于燃料蒸发、混合的物理过程及缸内工质的化学反应过程，这些与燃料的理化特性密切相关，因此为合理组织燃烧，降低排放污染物，有必要深入研究燃料理化特性与燃烧的关系。本文以国Ⅳ柴油为基础燃料，通过添加不同比例汽油，制取了不同理化特性宽馏程燃料，通过调整燃油喷射参数及进气条件，试验研究了燃烧边界条件及燃料特性对压燃式发动机燃烧及排放的影响规律。研究结果表明：通过提前喷油，能延长滞燃期，增大预混合燃烧量，降低排气烟度，但会导

3、致NOx排放增加。通过采用宽馏程燃料可以进一步延长滞燃期，推迟燃烧相位（CA50），为燃油与空气混合提供更多时间，有助于提高混合气均质性，可在不影响NOx排放的情况下，显著降低排气烟度。但过大的汽油掺入比例会导致不完全燃烧产物增加，燃烧热效率降低。同时，CA50在一定程度上决定了燃烧效率的高低，研究中发现对于不同燃料，当CA50为5°CAATDC时，均可达到热效率极值。采用EGR可有效降低NOx排放，宽馏程燃料中汽油添加比例越大，烟度对EGR率的敏感性越小，且EGR率对指示热效率的影响不大。提高喷油压力及改变预喷定时对宽馏程燃料发动机排放及经济性影响不大。随着预喷量增大，

4、燃用柴油时NOx排放降低，烟度排放稍有升高，指示热效率略有降低。而对于宽馏程燃料，预喷量增大，NOx显著降低，烟度变化不大，但HC及CO排放显著升高。综上，在试验所选负荷工况下，为兼顾燃油经济性及排放特性，适宜的汽油掺混体积比例应位于30%-50%之内，燃烧相位（CA50）应控制在5°CAATDC，EGR率30%左右。由于宽馏程燃料能够改善燃料挥发性，因此可适当推迟预喷时刻，且预喷量控制在30%左右较为适宜。关键词：压燃式发动机，宽馏程燃料，喷油策略，燃烧，排放IAbstractTheEffectofFuelPropertiesandInjectionStrategies

5、onCombustionandEmissionCharacteristicsinCompressionIgnitionEnginesAtpresent,manycountrieshavedevelopedstrictemissionregulationsforinternalcombustionengine,andstandardsarebecomingstricter.Thetargetisfromlow-emissions,ultra-lowemissionstozeroemissions.Forthesametime,asmoreattentionpaidtothe

6、globalenergyconservationandlow-carboneconomy,improvingthethermalefficiencyoftheinternalcombustionengineandreducingfuelconsumptionandexhaustemissionshavebecomemuchmoreimportant.Asweallknow,thecombustionandemissionsofinternalcombustionenginearecloselyrelatedtothephysicalandchemicalpropertie

7、softhefuel.Enginecombustionprocessdependsprimarilyonphysicalprocess,suchasfuelevaporationandmixingprocess,andchemicalreactionsofworkingsubstanceinthecylinder,whichiscloselyrelatedtothephysicalandchemicalcharacteristicsofthefuel.Soinordertoorganizethecombustionration