帶EGR的小型PFI汽油機(jī)富氧燃燒特性仿真研究.pdf

1、在全球能源危機(jī)與環(huán)境污染問題的壓力下，能效高、污染少的汽車動力系統(tǒng)正在成為國際汽車業(yè)的主流研發(fā)方向。增加進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室的氧氣量，是強(qiáng)化燃燒、提高發(fā)動機(jī)動力性能和經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵。目前增加進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸中氧氣量的方法主要有增壓和進(jìn)氣富氧兩種。與增壓的方法相比，富氧燃燒可以使發(fā)動機(jī)在總的進(jìn)氣量變化不大的情況下，提高其動態(tài)響應(yīng)性能，且其應(yīng)用成本較低。
　　隨著發(fā)動機(jī)廢氣余熱發(fā)電、車身太陽能電池及剎車/減速能量回收等汽車新技術(shù)地不斷發(fā)展與

2、完善，未來的汽車將產(chǎn)生大量剩余電能。利用這些電能基于燃料電池逆反應(yīng)，即可獲得氫氣和氧氣。供給發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)富氧摻氫燃燒。
　　本文以改善發(fā)動機(jī)燃燒過程、降低其排放為目標(biāo)，采用數(shù)值模擬的方法，針對汽油機(jī)進(jìn)氣富氧、進(jìn)氣富氧加EGR和進(jìn)氣富氧摻氫加EGR的燃燒特性和排放特性，及O2與EGR、O2與H2與EGR的最佳配比等問題，主要做了以下研究工作：
　　第一，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行拆解、測量和光柵掃描，利用 Catia軟件建立發(fā)動機(jī)

3、的三維幾何模型?；诖藥缀文Ｐ?，利用CFD軟件Converge建立發(fā)動機(jī)的仿真模型；
　　第二，在2000r/min全負(fù)荷的工況下，研究進(jìn)氣富氧燃燒對發(fā)動機(jī)燃燒特性和排放特性的影響，并對富氧后發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火提前角進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果表明，進(jìn)氣富氧燃燒可以提高發(fā)動機(jī)的動力性，降低HC和CO的排放，但會增加發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，還會使發(fā)動機(jī) NOX排放增加；點(diǎn)火提前角優(yōu)化后，發(fā)動機(jī)燃燒特性和排放特性得到改善，且進(jìn)氣氧含量每增加1％，最

4、佳點(diǎn)火提前角推遲1.5°CA；
　　第三，在2000r/min全負(fù)荷的工況下，研究進(jìn)氣富氧加 EGR對發(fā)動機(jī)燃燒特性和排放特性的影響，確定O2與EGR的最佳配比，并對此時的點(diǎn)火提前角進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果表明，采用 EGR技術(shù)可以降低發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，使發(fā)動機(jī) NOX排放減少，但會增加 HC和 CO的排放，還會降低發(fā)動機(jī)的動力性；過量的 EGR則會使發(fā)動機(jī)燃燒惡化；27.3%的 O2與20%的 EGR是兩者的最佳配比，此時的最

5、佳點(diǎn)火提前角是23.4°CA BTDC。
　　第四，在2000r/min全負(fù)荷的工況下，當(dāng)進(jìn)氣氧含量與 EGR率為最佳配比時，研究進(jìn)氣富氫對發(fā)動機(jī)燃燒特性和排放特性的影響，確定最佳的富氫量，并對此時的點(diǎn)火提前角進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果表明，與不加氫相比，在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣富氧加 EGR的基礎(chǔ)上再引入氫氣，能夠促進(jìn)缸內(nèi)燃燒，降低 HC和 CO的排放，但是會導(dǎo)致 NOX排放增加；還會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)指示功率和指示熱效率下降。加氫后，發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣氫含量為

6、0.4%（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）時，其指示功率和指示熱效率達(dá)到最大值。27.3%的 O2，20%的 EGR，0.4%的 H2是進(jìn)氣富氧摻氫加 EGR的最佳配比，此時其最佳點(diǎn)火提前角為23.4°CA BTDC。
　　本文利用光學(xué)手段建立了較為準(zhǔn)確的發(fā)動機(jī)模型?；诖四Ｐ?，除了研究常規(guī)的發(fā)動機(jī)富氧燃燒、發(fā)動機(jī)富氧加 EGR燃燒外，還對發(fā)動機(jī)同時富氧富氫加 EGR的燃燒進(jìn)行了研究。并通過研究為使用氫氧助燃技術(shù)的車輛提供了以下操作選擇。在行駛過程