局部富氢丁醇发动机的燃烧与排放特性研究

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1、分类号：ＴＫ４１１＋．２单位代码：１０１８３研究生学号：２０１５４２２１１７密级：公开吉林大学硕士学位论文学术学位（）局部富氢丁醇发动机的燃烧与排放特性研究ＳｔｕｄｙｏｎＣｏｍｂｕｓｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａＢｕｔａｎｏｌＥｎｇｉｎｅｗｉｔｈＨｙｄｒｏｇｅｎＡｄｄｉｔｉｏｎ作者姓名：刘亚辉专业：动力工程及工程热物理研究方向：内燃机工作过程优化与控制指导教师：林学东教授培养单位：汽车工程学院２０１８年６月局部富氢丁醇发动机的燃烧与排放特性研宄ＳｔｕｄｏｎＣ

2、ｏｍｂｕｓｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｙａＢｕｔａｎｏｉｉｈＨｄｉｔｉｌＥｎｇｎｅｗｔｙｒｏｇｅｎＡｄｄｏｎ作者姓名：刘亚辉专业名称：动力工程及工程热物理指导教师：林学东教授＞学位类别：工学硕士答辩日期：２０１８年６月２曰未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位

3、论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包．，含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。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：１以年／月ｙ日摘要局部富氢丁醇发动机的燃烧与排放特性研究丁醇有着与汽油非常相似的理化性质（本文所述丁醇为正丁醇），其在工业制造方面有着良好的经济性。将丁醇运用到传统汽油机上，发动机无需在结构上做太大改动，有着良好的实施性。丁醇作

4、为传统内燃机代用燃料对实现节能减排，提高能源多样性，缓解国家能源危，有着重大意义。丁醇汽化潜热大、饱和蒸汽压低、粘度大的特性，使其不易与缸内空气充分混合，燃烧质量差，尤其是在稀燃的情况下矛盾更为突出。为此本文通过氢气作为丁醇燃烧的辅助燃料，来优化丁醇的燃烧，改善有害尾气的排放，增加发动机工作平稳性。氢气是一种清洁的辅助燃料，具有优良的理化性质。本文所用掺氢方式对氢气需求量较小，同样也不需要对传统汽油机有过多改动，因而有着良好的实施性与经济性。试验中氢气在压缩上止点附近直接喷入缸内，能够有效的避免因发动机充量系数下降导致的功率下降的问题，更能避免发动机回火带来的危险。本文针对

5、丁醇点燃式发动机，以氢气作为辅助燃料，运用复合喷射方式，在发动机转速为1500r/min，中等负荷工况下，在进气行程向进气道喷射丁醇，60°CABTDC向缸内直喷氢气，期望构造一个火花塞周围富氢，向外逐步变稀的分层布局。燃烧初期，火花塞迅速点燃附近的氢气，形成稳定的火焰核心，引燃周围丁醇，促进未燃丁醇与缸内气体充分混合，从而提高发动机燃烧质量，减少CO、HC的排放。为此本文搭建了缸内直喷氢气，进气道喷射丁醇的复合喷射平台，并在dSPACE/Simulink的平台上开发发动机电子控制系统，能够方便的实现点火时刻、掺氢比例、丁醇与氢气喷射正时的实时调节。从而可以方便的探究氢气对

6、丁醇发动机燃烧与排放的影响。本文的主要结论如下：（1）固定点火提前角10°CABTDC，氢气的加入能够明显的提高混合气的燃烧速度，增大放热率峰值与缸压峰值，并且对应峰值转角提前，发动机缸内温度增加。气缸温度增加能够有效缓解丁醇汽化潜热大带来的混合不均匀的问题。与此同时，与纯丁醇相比，掺混少量的氢气能够明显的改善混合气的燃烧质量。随掺氢比例的增加，燃烧对氢气敏感度下降。（2）由于氢气的燃烧速度快，点火能量低，随掺氢比例的增加，最大转矩的最小点火提前角（MBT点）提前。在MBT点氢气亦能有效的改善混合气的燃烧质量，提高发动I机的热效率。（3）在排放性能上，固定点火提前角，由于氢

7、气的加入提高了缸内温度，NOX排放增加。但氢气拓展了混合气的稀燃极限，在过量空气系数大于1.4的工况点，NOX的排放处于较低水平。同样在MBT点亦能通过稀燃，在不增加HC排放的前提下，控制NOX的排放。丁醇汽化潜热大、饱和蒸汽压低、粘度大，与缸内气体混合不充分，燃烧质量差，是造成HC排放的主要原因。氢气的加入能够形成稳定的火焰核心，引燃周围的丁醇，促进周围丁醇充分混合，提高燃烧质量。因而氢气的加入能够显著减少HC的排放。试验中氢气虽然能够减少CO的排放，但是CO的排放主要受过量空气系数的影响，过量空气系数大于1.1