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通用小型汽油机分层稀薄燃烧技术研究

作　者: 王小龙
导　师: 李云伍
学　校: 西南大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 通用小型汽油机辅助进气分层稀薄燃烧混合气
分类号: TK411.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

节约能源和环境保护己成为当今人类可持续发展的重要因素。为满足内燃机低油耗和低排放的要求,研究人员开发了各种先进的内燃机技术,其中稀薄燃烧技术就是典型技术之一。汽油机稀薄燃烧不仅可以有效的降低燃油消耗率,还可以大大减少HC和CO的排放。随着我国通用小型汽油机产量不断增长,近年来美欧等国家和地区也相继制定实施了严格的排放法规,给我国通用小型汽油机行业形成了技术壁垒,影响了产品出口。因此在通用小型汽油机上开展稀薄燃烧研究,降低燃油消耗,减少有害气体排放,具有一定的现实意义。本文提出了汽油机辅助进气实现分层稀薄燃烧的思想,其原理是：利用气流复合运动有更快的燃烧速度和更好的燃烧特性这一特点,对通用小型汽油机进行改进,在汽油机气缸侧壁开设辅助进气道,可燃混合气由主进气道进入气缸,而可控的增压空气(或空气与废气的混合气)由缸侧辅助进气道充入气缸,通过对缸侧充气的优化控制,实现缸内复杂的气流复合运动,达到火花塞附近混合气较浓而下部混合气稀薄的分层充气效果,从而实现分区均质稀薄燃烧。基于辅助进气实现分层稀薄燃烧的思想,本文以168F通用小型汽油机为对象,主要研究了基于缸侧辅助进气的通用小型汽油机分层稀薄燃烧实现方式及其对燃油经济性和排放的影响。首先,介绍了通用小型汽油机发展及排放法规概况、国内外分层稀薄燃烧研究概况,理论分析了小型汽油机进排气组织、气流产生与运动、混合气形成的基本规律；其次,系统介绍了汽油机分层稀薄燃烧的实现方式,结合通用小型汽油机的结构特征和运行工况,分析了各种分层燃烧在小型汽油机上实现的可行性,探索了辅助进气模式下单缸通用小型汽油机分层稀薄燃烧的机理；再次,用Pro/E三维建模软件建立通用小型汽油机进气道-气缸-排气道三维模型,导入到AVL FIRE数值模拟软件,对辅助进气、主进气耦合过程进行CFD分析,得出了影响分层效果的辅助进气关键结构因素；然后完成了不同工况条件原型机和辅助进气样机油耗和排放的对比实验。研究结果表明,经过改造后的辅助进气试验样机,在大部分工况条件下能实现稳定正常工作；与原型机相比,辅助进气样机在中小负荷工况条件下,循环热效率升高,燃油消耗率得到了明显的降低；辅助进气试验样机在正常工作的各工况下,气缸内混合气氧浓度同比较大,可燃混合气得到了充分燃烧,HC和CO尾气排放改善明显,由于处于富氧状态,NOx排放普遍有所升高,且随负荷的增大而升高。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第1章文献综述  9-23
  1.1 通用小型汽油机发展  9-18
    1.1.1 通用小型汽油机国内外发展概况  9-12
    1.1.2 通用小型汽油机技术的发展  12-14
    1.1.3 通用小型汽油机排放法规要求  14-18
  1.2 分层稀薄燃烧技术国内外研究现状  18-23
    1.2.1 国外分层稀薄燃烧技术研究现状  19-21
    1.2.2 国内分层稀薄燃烧技术研究现状  21-23
第2章绪论  23-27
  2.1 选题背景和意义  23-24
  2.2 研究方法与主要内容  24-25
    2.2.1 研究的主要内容  24-25
    2.2.2 研究方法  25
  2.3 研究技术路线  25-27
第3章汽油机分层稀薄燃烧实现方式  27-35
  3.1 基于气流组织的分层稀薄燃烧  28-30
    3.1.1 轴向涡流分层稀薄燃烧  28-29
    3.1.2 纵向(滚流)分层稀薄燃烧  29-30
    3.1.3 其他分层稀薄燃烧  30
  3.2 基于GDI的分层稀薄燃烧  30-31
  3.3 本文的分层稀薄燃烧思想  31-32
  3.4 本章小结  32-35
第4章缸内流场数值模拟分析  35-45
  4.1 模型的建立  35-37
    4.1.1 软件介绍  35
    4.1.2 几何模型  35-37
  4.2 CFD分析  37-44
    4.2.1 软件介绍  37-38
    4.2.2 基本守恒方程与模型  38-40
    4.2.3 网格划分  40-41
    4.2.4 边界条件和求解器设置  41
    4.2.5 流场分析  41-44
  4.3 本章小结  44-45
第5章试验系统、试验方法与步骤  45-51
  5.1 研究对象  45
  5.2 试验用设备、装置  45-48
    5.2.1 尾气分析仪  45-46
    5.2.2 LIBA直联式空压机  46
    5.2.3 缸侧辅助进气系统  46-47
    5.2.4 负载  47
    5.2.5 油耗测量  47-48
  5.3 试验平台组成布置  48-49
  5.4 试验方法与步骤  49
    5.4.1 试验方法  49
    5.4.2 试验步骤  49
  5.5 本章小结  49-51
第6章辅助进气稀薄燃烧对通用小型汽油机性能的影响  51-67
  6.1 辅助进气对燃油经济性的影响  51-54
  6.2 辅助进气对排放性的影响  54-61
    6.2.1 辅助进气对HC排放的影响  54-57
    6.2.2 辅助进气对CO排放的影响  57-59
    6.2.3 辅助进气对NOx排放的影响  59-61
  6.3 辅助进气对燃烧特性的影响  61-66
    6.3.1 辅助进气对稀燃极限的影响  63
    6.3.2 辅助进气对燃烧过程的影响  63-66
  6.4 本章小结  66-67
第7章全文总结与研究建议  67-69
  7.1 全文总结  67-68
  7.2 研究建议  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-75
在学期间发表论文与参与科研情况  75

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