火花点燃式LPG发动机快速稀燃及排放控制的研究

论文摘要

人类对于自身的生存环境及空间的保护意识日益强烈,内燃机的主要发展方向已着眼于燃油消耗、排放、噪声等环保指标。高辛烷值气体燃料LPG作为替代能源被广泛地加以应用。目前面临的关键问题是在稀燃条件下提高LPG燃烧速率和火焰传播速度,以及组织燃烧室中气流运动,加强与高能点火过程的良好配合与控制,进一步促进火焰传播,从而达到提高发动机热效率和降低排放的目的。本文紧紧围绕这个关键问题创新地提出一种新的快速稀燃方法,实现高速点燃式LPG电喷发动机稳定快速稀薄燃烧。具体研究内容如下:1、研制单燃料气态LPG气道电喷系统形成LPG均质可燃混合气,开发温控LPG预热减压混合器提供压力稳定的LPG低压气源。通过LPG电喷发动机的的标定平台精确调整稀混合气的空燃比,满足发动机不同工况对混合气浓度的要求。2、研制多通道电控汽油机瞬态燃烧分析系统。该系统可以实时采集发动机燃烧压力及发动机过量空气系数、排放指标等其它相关参数,通过计算模型可以得到发动机的压力升高率、放热率和累积质量放热率、以及发动机的燃烧循环变动等参数。3、创新研制了电控高能双火花塞快速燃烧系统。系统包括新缸头(燃烧室压缩比、双火花塞位置、燃烧室内气流组织等)、两套独立的可变点火能量的高能点火系统。通过电控单元ECU及控制策略根据发动机工况的变化,提供可变的同步、异步双火花点火。双火花塞位置与燃烧室形状的配合,缩短火焰传播途径以提高火焰传播速度。以期达到快速稀燃。4、利用研制的快速燃烧系统开展了LPG快速稀燃的试验研究。在燃烧室内组织适度的涡流和滚流与双火花可变点火过程之间的配合,加快火焰传播,扩展了发动机燃烧稀限,降低发动机有害排放物的生成,同时避免爆震现象的产生。研究了LPG电喷发动机稀燃特性,以及在压缩比、点火模式、点火能量、气流运动等不同条件下的快速燃烧特性。设计了LPG电喷发动机的废气再循环系统。研究发动机在废气再循环条件下的稀燃特性、快速燃烧特性以及排放特性等。结果表明,高能同步、异步双点火快速燃烧模式相比普通单点火模式,在整个有效的EGR率范围内LPG稀燃稀限得到较大幅度地拓展。LPG发动机可以实现较高EGR率条件下的稀薄燃烧稀限。5、基于LPG快速稀薄燃烧系统的的排放特性研究结果表明,采用快速稀燃、利用EGR对NOX排放生成的“阶跃效果”可以综合控制LPG发动机有害排放物CO、HC、NOX的生成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 火花点燃式发动机有害排放物控制技术
• 1.3 火花点燃式发动机代用燃料的研究和发展
• 1.4 火花点燃式LPG 发动机国内外研究现状及存在的技术问题
• 1.5 论文研究内容和选题意义
• 第二章 电喷 LPG 发动机快速燃烧系统的设计
• 2.1 引言
• 2.2 单燃料LPG 电控喷射系统的设计
• 2.3 电喷发动机参数标定系统的建立
• 2.4 电喷LPG 发动机快速燃烧系统的设计
• 2.5 本章小节
• 第三章 电喷LPG发动机试验测试系统
• 3.1 电喷LPG 发动机台架测试系统
• 3.2 电控汽油机瞬态燃烧分析系统的研制
• 3.3 发动机气缸压力采集的关键问题
• 3.4 燃烧分析中的数学模型
• 3.5 本章小节
• 第四章 电喷 LPG 发动机快速稀燃过程的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 电喷LPG 发动机单点火燃烧模式的燃烧特性研究
• 4.3 电喷LPG 发动机双点火快速燃烧模式的燃烧特性研究
• 4.4 电喷LPG 发动机快速燃烧过程的稀燃特性研究
• 4.5 电喷LPG 发动机快速燃烧过程燃烧循环变动的研究
• 4.6 本章小节
• 第五章 废气再循环对 LPG 快速稀燃过程的影响
• 5.1 引言
• 5.2 废气再循环对LPG 快速燃烧过程燃烧特性的影响
• 5.3 废气再循环对LPG 快速燃烧过程稀燃特性的影响
• 5.4 废气再循环对LPG 快速燃烧过程循环变动的影响
• 5.5 本章小节
• 第六章 电喷 LPG 发动机快速燃烧过程的排放特性研究
• 6.1 引言
• 6.2 快速燃烧系统点火特性对电喷 LPG 发动机排放特性的影响
• 6.3 废气再循环对 LPG 快速燃烧过程排放特性的影响
• 6.4 混合气的特点对 LPG 快速燃烧过程排放特性的影响
• 6.5 本章小节
• 第七章 全文工作总结与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢