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不同比例甲醇汽油发动机的燃烧与排放特性试验研究

作　者: 王真
导　师: 帅石金
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 甲醇汽油非常规排放未燃甲醇甲醛冷起动
分类号: TK411.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

甲醇作为一种汽油替代燃料,具有资源丰富、价格便宜和燃烧性能良好等优势,但甲醇燃烧产生的未燃甲醇、甲醛等非常规排放,对人体及环境会造成较大危害,不容忽视。本课题基于国家863项目“甲醇灵活燃料汽车技术开发”,主要针对不同比例甲醇汽油在普通汽油机及汽油车上的应用,研究其燃烧性能以及常规与非常规排放特性。首先,进行不同比例甲醇汽油的油耗和排放性能发动机台架试验。在一台进气道多点电喷汽油机(JL479QA)上,未作任何调整,直接燃用汽油、M5、M15和M30低比例甲醇汽油,采用AVL傅里叶变换红外光谱多组分分析仪(SESAM-FTIR)测量了低比例甲醇汽油的排放成分。结果表明:在发动机未经调整情况下,低比例甲醇汽油能控制在闭环,可以较好地适用于普通汽油机,在相同输出功率条件下,等效油耗值略有下降;外特性开环控制下,空燃比向偏稀移动,功率下降。对于高比例甲醇汽油M85,不经过任何调整已经较难使发动机正常工作,通过改变标定的目标空燃比来增大喷油脉宽,使其与汽油的实际空燃比一致,经过调整后的M30和M85外特性下动力与汽油相近,等效油耗随着甲醇比例的增大略有降低。无论是汽油、低比例M5、M15、M30,还是高比例M85,催化剂前的THC随着甲醇比例的增大逐渐降低,NOx和CO差别不大。经过三效催化剂后,只要保持在化学计量空燃比附近,催化剂都能达到很高的转化效率。对于非常规排放,甲醇汽油中未燃甲醇以及甲醛的排放随着甲醇比例的增加而增加,但通过三效催化剂后能达到与汽油一致的低水平排放。其次,对低比例甲醇汽油M10、M20、M30应用于普通汽油车的瞬态冷起动排放特性进行了研究。按照国III工况测试循环,分别进行了25℃常温冷起动和-7℃低温冷起动试验。结果表明:无论在低温冷起动还是常温冷起动下,低比例甲醇汽油的常规排放与汽油相近,催化剂起燃后能将THC、NOx和CO控制在较低的水平,排放主要集中在起动的初始阶段。低温冷起动相比常温冷起动会产生更多的THC排放。对于甲醇汽油的非常规排放,甲醇和甲醛的排放随着燃料中甲醇比例的增大而增加,催化剂后的排放仍然集中在初始阶段,一旦催化剂进入正常工作,甲醇和甲醛都能被很好地转化。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章引言  8-20
  1.1 研究背景及意义  8-10
  1.2 甲醇及甲醇汽油研究应用的现状  10-19
    1.2.1 甲醇的理化特性  10-11
    1.2.2 甲醇汽油应用的历史和现状  11-13
    1.2.3 国外甲醇汽油的研究进展  13-15
    1.2.4 国内甲醇汽油的研究进展  15-18
    1.2.5 国内外研究进展总结  18-19
  1.3 论文主要研究内容  19-20
第2章甲醇汽油常规排放与非常规排放测试方法  20-31
  2.1 试验台架  20-22
    2.1.1 发动机  21-22
    2.1.2 测功机及控制系统  22
  2.2 常规排放测试方法  22-23
  2.3 非常规排放测试方法  23-30
    2.3.1 气相色谱法  24-25
    2.3.2 高效液相法  25-26
    2.3.3 分光光度法  26-27
    2.3.4 傅里叶变换红外光谱法  27-29
    2.3.5 非常规排放测试方法对比  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章不同比例甲醇汽油发动机燃烧与排放特性研究  31-58
  3.1 试验方案介绍  31-32
  3.2 低比例甲醇汽油外特性试验  32-37
    3.2.1 动力性  32-34
    3.2.2 燃油经济性  34-36
    3.2.3 排温特性  36-37
  3.3 高比例甲醇汽油外特性试验  37-40
    3.3.1 动力性  37-38
    3.3.2 燃油经济性  38-40
    3.3.3 排温特性  40
  3.4 低比例甲醇汽油负荷特性试验  40-46
    3.4.1 燃油经济性  41-42
    3.4.2 常规排放特性  42-44
    3.4.3 非常规排放特性  44-46
  3.5 高比例甲醇汽油负荷特性试验  46-51
    3.5.1 燃油经济性  46-47
    3.5.2 常规排放特性  47-50
    3.5.3 非常规排放特性  50-51
  3.6 燃烧特性分析  51-56
    3.6.1 缸内压力和放热率曲线对比  51-55
    3.6.2 不同点火提前角的影响  55-56
  3.7 本章小结  56-58
第4章甲醇汽油车冷起动排放特性研究  58-85
  4.1 试验仪器和设备  58-61
    4.1.1 试验车辆  58-59
    4.1.2 底盘测功机  59
    4.1.3 司机助设备  59-60
    4.1.4 排放检测仪  60-61
    4.1.5 排放定容稀释采样装置  61
  4.2 试验方法简介  61-67
    4.2.1 测试循环  61-62
    4.2.2 直接采样法  62-64
    4.2.3 直接采样污染物排放量的计算方法  64-66
    4.2.4 直接采样法的误差对比  66-67
  4.3 常温冷起动试验  67-73
    4.3.1 常规排放  67-70
    4.3.2 非常规排放  70-73
  4.4 低温冷起动试验  73-79
    4.4.1 常规排放  73-76
    4.4.2 非常规排放  76-79
  4.5 累计排放与催化剂转化效率  79-83
  4.6 本章小结  83-85
第5章结论与展望  85-87
  5.1 结论  85-86
  5.2 后续工作建议  86-87
参考文献  87-89
致谢  89-90
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  90

不同比例甲醇汽油发动机的燃烧与排放特性试验研究

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