直喷汽油机稀薄燃烧与氮氧化物排放控制研究

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1、直喷汽油机稀薄燃烧与氮氧化物排放控制研究StudyonLeanCombustionandNOxEmissionControlonGDIEngine一级学科：学科专业：研究生：指导教师：动力工程与工程热物理动力机械及工程李明杨延相教授天津大学机械工程学院2009年12月一、，!～，j多i◆7囊i_a。≯j#、独创性声明㈣㈣㈣㈣瑚删Y1874”。“‘7。”。3⋯“‘‘0“‘。。1本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得垂鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书

2、而使用过的材料。与我一同工作的I一志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：誊墒向签字日期：2口矿l}年，工月／o日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权丞鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学何论文作者签名：毒口向导师签名：．移划遇签字同期：2口矿9年f2月／汐同签字同期：2口口J}午)2月ff同、，◆飞，{、◆

3、、’、＼、，，‘毒一蠢摘要日益严峻的能源和环境问题是汽车工业发展所面临的严重挑战，内燃机的继续发展必然要求低油耗和低排放。汽油机稀薄燃烧不仅能够有效降低燃油消耗，从而减少温室气体的排放，还可以大大降低HC和C0的排放，但是稀燃条件下NOx的排放问题制约了稀燃汽油机的发展。本文在自主研发的4G15型缸内直喷汽油机上进行了汽油机稀薄燃烧及其氮氧化物NOx排放控制的研究。首先，研究了直喷汽油机滚流稀薄燃烧系统的组成、结构及其控制。通过稳流气道试验和CFD瞬态数值模拟研究了4G15型直喷汽油机的进气滚流特性。结果表明，该直喷汽油机具有较强的滚流性能，有利于分层混合气的形成和稀薄燃烧

4、。进而采用合理的控制策略，成功实现了稀薄燃烧，稀燃极限可达25～27，并分析了汽油机排放生成机理、稀燃排放特性以及机内净化控制NOx排放的措施。研究了三效催化器吸附NO的机理，结合直喷汽油机稀燃排放特征，在高空燃比稀燃和三效催化器控制NOx排放试验的基础上，进一步提出了利用三效催化器N0吸附还原机理控制稀燃NOx排放的新方法，可以较大程度上降低排气中的N0浓度，并充分利用浓燃时的高浓度还原性气体CO，提高三效催化器对NOx的转化效率。采用化学反应动力学计算软件CHEMKIN4．0，从瞬态模拟的角度研究了通过三效催化器对N0吸附还原进而控制直喷汽油机稀燃NOx排放机理的合理性

5、。深入分析了空燃比浓稀转换策略中的关键参数，如转换比例和频率、排气流量和排气温度对稀燃NOx排放控制的影响及其原因。针对利用三效催化器NO吸附还原机理控制稀燃NOx排放进行了大量的试验研究，结果显示，空燃比浓稀转换的比例、频率和浓燃空燃比与稀燃直喷汽油机有害气体排放及燃油经济性有很大关系，对这些策略控制参数的选取要综合考虑NOx排放、HC和C0排放以及发动机的燃油消耗率。同时，发动机的转速负荷工况不同，也会对NOx排放及其催化转化率产生影响。台架排放试验证明，通过这种方法可以将高空燃比稀燃条件下NOx的转化效率提高到50％以上，使稀燃排放达到较低水平。该方法采用目前比较成熟

6、的商用三效催化器，在稀燃催化器尚无法推广普及的情况下，具有重要的现实意义。关键词：直喷汽油机，稀薄燃烧，NOx排放，滚流特性，三效催化器，N0吸附还原，数值模拟ABSTRACTThedevelopmentoftheautomobileindustryhasbeengreatlyaffectedbymoreandmoresevereproblemsofenergysourcelackingandenvironmentpollution．Thefurtherdevelopmentofinternalcombustionengineshastomeetthedemandsoflo

7、wfuelconsumptionandlowemissions．LeancombustiontechniquesingasolineenginesCanbothreducefuelconsumptioneffectivelySOastoreducetheemissionofgreenhousegasandlowertheemissionsofHCandCOsignificantly．However,theproblemofcontrollingNOxemissionsatleancombustionconditio