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直喷汽油机冷启动排放特性的研究

作　者: 刘斌
导　师: 刘德新
学　校: 天津大学
专　业: 动力工程
关键词: 直喷汽油机数值模拟空燃比分布二次喷油冷启动排放
分类号: TK417
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

现代缸内直喷汽油机喷油压力已达到5~12Mpa,雾化性能得以提高,且缸内汽油的蒸发混合主要依靠喷雾来实现,再加上缸内空气运动的配合及适当壁面碰撞可形成所需的理想燃油混合气分布,是一种有效解决汽油机冷启动和暖机排放的方法。本文主要借助于标定软件INCA将原有直喷汽油机单次喷油控制策略更改为二次喷油控制策略,通过灵活控制第一次喷油时刻、第二次喷油时刻及两次喷油比例,同时结合滚流特性进一步优化缸内燃油混合气分布,以改善直喷汽油机冷启动过程有害气体的排放。首先以4G15直喷汽油机为研究对象,采用流体动力学软件CFD-FIRE模拟分析了发动机冷启动时进气与压缩行程的缸内气体流动特性,通过模拟得到缸内流场更为详尽的数据信息,并深入分析了4G15型直喷汽油机的滚流燃烧系统对冷启动过程燃烧的影响。利用CFD-FIRE模拟了冷启动工况时单次喷油与二次喷油两种控制策略下燃油喷射至点火前缸内空燃比分布变化,分析了两种喷射策略对空燃比分布的影响,通过对比单次喷油与二次喷油缸内燃油混合气分布状况,进而分析了不同喷射策略下空燃比分布对燃烧排放特性的影响。最终通过发动机台架实验对单次喷油及二次喷油控制策略进行了实验研究,探讨了第一次喷油时刻、第二次喷油时刻以及两次喷油比例对直喷汽油机冷启动过程排放特性的影响,研究结果表明,二次喷油控制策略优于单次喷射控制,可改善燃烧状况,有效降低冷启动过程中HC等有害排放物。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-16
  1.1 引言  7-11
  1.2 汽油机冷启动排放控制研究现状  11-14
  1.3 本文的研究内容  14-16
第二章冷启动工况滚流燃烧系统缸内气体流动特性分析  16-35
  2.1 直喷汽油机燃烧系统  16-19
    2.1.1 直喷汽油机燃烧系统的分类  16-17
    2.1.2 气流引导形式  17-19
  2.2 4G15 直喷汽油机滚流燃烧系统设计  19-23
    2.2.1 4G15 直喷汽油机燃烧室形状设计  19-21
    2.2.2 4G15 直喷汽油机喷油角度优化  21-23
  2.3 冷启动时直喷汽油机缸内气体流动特性模拟分析  23-27
    2.3.1 计算网格模型建立  23-26
    2.3.2 数值计算边界条件  26-27
  2.4 模拟结果与分析  27-33
  2.5 滚流对低速冷启动时直喷汽油机燃烧的影响分析  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章冷启动工况二次喷油混合气形成模拟研究  35-43
  3.1 直喷汽油机二次喷油策略  35-36
  3.2 单次喷射与二次喷射模拟结果对比  36-41
    3.2.1 单次喷射模拟  36-38
    3.2.2 二次喷射模拟  38-41
  3.3 本章小结  41-43
第四章二次喷油降低GDI 冷启动排放实验研究  43-59
  4.1 实验装置与设备  43-46
  4.2 高压油泵对冷启动时间影响研究  46-48
    4.2.1 高压油泵供油控制原理  46-47
    4.2.2 发动机启动时spill 控制阀优化  47-48
  4.3 实验及结果分析  48-58
    4.3.1 单次喷油策略不同喷油提前角排放性能研究  48-50
    4.3.2 二次喷油策略对直喷汽油机排放特性的研究  50-56
    4.3.3 二次喷油降低直喷汽油机冷启动效果分析  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章全文总结和今后工作建议  59-61
  5.1 全文总结  59-60
  5.2 今后工作展望  60-61
参考文献  61-66
致谢  66

直喷汽油机冷启动排放特性的研究

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