基于喷射策略和燃料设计的高效低污染压燃发动机的试验研究

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1、分类号学号M201271102学校代码10487密级硕士学位论文基于喷射策略和燃料设计的高效低污染压燃发动机的试验研究学位申请人：李潜学科专业：新能源科学与工程指导教师：郎静副教授答辩日期：2015年5月21日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringExperimentalStudyonHigh-efficiencyandLow-emissionsCompressionIgnitionEngineBasedonInjectionStrategyand

2、FuelDesignTechnologiesCandidate:LIQianMajor:NewEnergyScienceandEngineeringSupervisor:Asso.Prof.LANGJingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

3、本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要随着城市环境污染的加剧，能源消费的压力增加和二氧化碳排放、油耗法规的

4、日益严格，高效率和低排放发动机的发展成为当务之急。为了解决传统内燃机的燃烧模式下，NOx与碳烟排放、HC和CO与CO2之间“此消彼长”的关系，并获得更低的燃油消耗，各项新技术被引入到内燃机上。如：先进的燃油喷射技术、新型燃烧模式、尾气后处理技术、以及高品质燃油和清洁燃料。本课题研究以一台单缸四冲程柴油机为基础，搭建了部分预混压燃（PPCI）发动机台架。分别从喷射策略和燃料设计的角度出发，配合使用废气再循环（EGR）技术，研究了PPCI发动机的各项性能参数。本课题研究分为三个部分：两次喷射对汽油部分预混压燃发动机燃烧和排放的影响、生物柴油/汽油混合燃料部分预混压燃的试验研究、生物柴油/乙醇混合

5、燃料部分预混压燃的试验研究。从喷射策略对PPCI发动机性能影响的结果中，可以知道：主喷对发动机性能影响起主要作用，合理地调整预喷则能进一步提升发动机的性能。两次喷射间隔控制在25ºCA时发动机性能最优；高负荷时，推迟主喷时刻，微调预喷时刻，并适当减少预喷比例，能很好地调整燃烧相位，拓展高负荷运行区间，并大幅降低NOx排放（1400r/min,BMEP=0.529MPa,进气温度47℃时，优化喷射策略可以得到高达55%的指示热效率，同时NOx排放为2.12g/kWh）；低负荷时，25ºCABTDC的主喷+50ºCABTDC的预喷组合，42%的预喷量条件下，可以在37℃进气温度下实现汽油PPCI

6、燃烧；进气掺混CO2的Quasi-EGR率在22%时降低NOx排放的效果同推迟5ºCA喷射相当，但是Quasi-EGR在改善发动机综合性能方面表现更佳。10%体积分数的生物柴油便可以使得汽油PPCI脱离进气辅助加热的依赖；30%的生物柴油掺混燃料有最佳的综合性能：在负荷BMEP为0.316MPa时，发动机指示热效率高达52%，未燃HC指示排放为1.37g/kWh，CO指示排放为2.23g/kWh，NOx指示排放为3.46g/kWh，碳烟排放为0.3BSU；对于最优的燃料设计组合，21ºCABTDC的供油提前角最佳；低负荷时未中冷的Hot-EGR和中负荷时的Quasi-EGR均能在几乎I华中科

7、技大学硕士学位论文不增加油耗的前提下，降低70%以上的NOx排放。本文还进行了全替代燃料（生物柴油/乙醇混合燃料）的PPCI燃烧的试验研究。研究发现，生物柴油/乙醇混合燃料能在全负荷范围内将发动机的碳烟排放控制在极低水平；50%的乙醇+50%的生物柴油混合燃料在中低负荷有较好的综合排放及燃油经济性。若能配合采用EGR技术，则发动机的性能可以进一步提升。总地来说，喷射策略和燃料设计均能够不同程度上提升PPCI发