毕业论文-EGR条件下过量空气系数对直喷汽油机性能和排放的影响.doc
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1、吉林大学本科生毕业论文 本 科 生 学 号 吉 林 大 学 本 科 生 毕 业 论 文 EGR条件下过量空气系数对直喷汽油机性能 和排放的影响 Effects of excess air factor on the Performance and Emission of Gasoline Direct-injection Engine In condition that of EGR 学生姓名: 学生班级: 学生学号: 学 院: 专 业: 导师姓名: 及 职 称: 年 月吉林大学本科生毕业论文摘 要EGR条件下过量空气系数对直喷汽油机性能和排放影响能源的危机和环境的污染成为日益严重的问题,未来
2、汽车发展的走势在这两个严峻的问题下也不得不面临着许多的改革。因此对于直喷汽油机开发出经济高效,排放清洁的要求也是愈来愈高。本文是在四缸直喷汽油基础上通过利用测功机氮氧化物检测仪,EGR截止阀,EGR冷却器等等实验设备搭建构成EGR技术,通过控制相应的参数,保证在EGR条件存在的时候下,控制过量空气系数变化来研究汽油机经济性,动力性,排放的氮氧化物,一氧化碳,碳氢等数据的变化,来找出他们间的变化规律。通过分析结论如下:1. 对于EGR引入总体上对发动机动力性是提高的,而且对小工况的提高幅度很大,改变充量系数条件时,对于理想混合气的动力性提升明显。2.EGR对于整体的经济性也是提高的,工况的变动对
3、其影响变动不是很大,但是充量系数不同时,系数在1的时候消耗最少。3.EGR技术采用对于氮氧化物排放浓度有着明显抑制作用,浓度在不断降低,最大的减低幅度可达88.3%。4.EGR技术会使碳氢的排放量增多,除过过量空气系数为1时比较不明显,其他状况时均会增加。5.EGR技术对于一氧化碳增加影响并不大,而过量空气系数却影响明显,在过量空气系数较大时一氧化碳浓度排放相对少。关键词: EGR,过量空气系数 汽油机性能 排放AbstractEffects of excess air factor on the Performance and Emissionof Gasoline Direct-injec
4、tion Engine In condition that of EGREmergency of resource and environment solution are more and more worst,The future of vehicle must take action to avoid troubles with facing that two problems.,we can make revolution in the auto. So that the performance and emission of the Gasoline Direct-injection
5、 Engine are needing highly explore.This article is basing on a four cylinder of Gasoline Direct-injection Engine using power Engine, shutoff valve, boundary conditions,experimental platform to established EGR system. In this experiment, boundary conditions, HC as ignition timing engine speed, engine
6、 load(injection pulse width), air-fuel ratio and EGR rate, can be adjusted to explore the principle that how EGR affects the performance and emissions under different conditions. According to the analysis of experiment result, the following conclusion can be obtained:1. After the EGR is introduced o
7、n a GDI engine, It can improve the power performance.Especially, it can improve power performance highly on the low load. When the excess air factor is HC change the power performance of the excess air coefficient is 1.0 can be improved immediately.2. To some extent, EGR can improve the fuel economy
8、 of GDI engine. It is corresponding with the power performance. As a whole, it can reduce the fuel economy . At low and medium load, EGR has the same effect on fuel economy.However, fuel economy varies with air-fuel ratio.When the excess air coefficient is 1.0, engine fuel economy can be reduced dee
9、ply.3. The introduction of EGR can restrain NOX emissions obviously.Under all the test conditions,the largest EGR rate can reduce NO emissions most .Under the operating conditions of 2500r/min, 7ms injection pulse width, the excess air ratio of 1.0, the most obvious inhibition of NOX emissions is up
10、 to 88.3%.4. HC emissions will increase with EGR rate. However, it does not rise significantly at the metric ratio. At each condition, HC emissions increase with the EGR rate significantly when the excess air coefficient is 1.1, The operating condition of lean gas, large EGR rate, early ignition tim
11、ing will cause significant combustion, resulting in a large number of discharged HC. 5. EGR can hardly affect the CO emissions on GDI engine. In the experiment, CO emissions only vary from excess air ratio. In the case of small HC emissions increase, we can achieve effective control of NO emissions.
12、 Facing with increasingly serious energy crisis and environmental problems, EGR technology has great application prospects on a GDI engine.Key words:EGR Excess air factor Gasoline engine Function Emission吉林大学本科生毕业论文目录第一章 绪论1 1.1汽车排放尾气中氮氧化物污染21.2 过量空气系数同EGR在直喷汽油机关系4 1.2.1 EGR技术的简介4 1.2.2 EGR 技术的最新研究发
13、展方向6 1.2.3 EGR的原理71.3 直喷汽油机的混合气形成原理101.4 直喷汽油机的喷射系统技术简介141.5 小结.16第二章 发动机台架试验172.1 试验台架电控简介172.2 EGR试验中工作模式192.3 系统的搭建与细节选择20第三章 实验结果分析253.1 EGR率对直喷汽油机动力性影响253.2 EGR率对燃油经济性影响27 3.3.1 EGR率对尾气排放的影响29 3.3.2 EGR率对碳氢排放的影响31 3.3.3 EGR率对一氧化碳排放影响323.4 过量空气系数对发动机的排放和性能的影响34 3.4.1 EGR下过量空气系数对发动机动力影响。34 3.4.2
14、EGR条件下过量空气系数对经济性影响36 3.4.3 EGR条件下过量空气系数对排放的影响37第四章 全文总结43参考文献47 致谢49第一章 绪论第一章 绪论1.1汽车排放尾气中氮氧化物污染 工业文明的空前发展推动了人类社会的进步,同时也使得汽车的设计和制造的水平突飞猛进。随着大众生活的提高和人们消费的水平的提升,越来越多的汽车逐渐走入到我们的生活里,成为人们的交通工具。很短的一段时间内,汽车的保有量出现了爆炸式的增长,随着二十世纪七十年代,全世界的汽车数目大概每十五年增一倍.就目前一直在工作的汽车数目而言保守也有十亿辆。随着时间推移,目前来看增长的势头还未消退。我国汽车持有数量仅次于美国,
15、发展超过了日本,成为世界第二大汽车国家【1】。 据统计,全世界每一千人平均汽车拥有为 148 辆,然而目前国内每一千人平均汽车保有量仅有58辆,与世界的平均水平去比较,这个差距还是明显很大的,但同时这个问题侧面反映出我们国内汽车这个行业它的发展潜力还是空前巨大的。我国汽车历年产值如图1.1 图1.1我国历年车辆产值图 但同时,随着汽车保有量的的提高,人们的生活和未来的发展也面临着越来越多的困扰。首当其冲的就是能源的问题。石油是一种不可再生型能源,随着汽车的数量不断的增的大,对石油的需求量也是在与日俱增。石油资源面临这即将枯竭的命运,根据目前的预测研究全世界的石油储量将在本世纪面临终结,这将对人
16、类的未来发展产生重大的影响,随着国内经济在新世纪的不断腾飞和增长下,中国的工业取得了大的发展,但这背后对石油资源的需求量也是相当可观的,石油是工业发展的血液。就目前已知探明的石油资源也是有限的,同世界总石油资源相比较而言,我国石油资源处在匮乏的阶段【2】。使得石油供给不足的矛盾日益突出,对石油的进口量增大,进口占消耗的比重超过了50%,这是历年我国石油进口和消耗的统计图表: 图 1.2 我国石油消耗统计图汽车日益增多的消耗已成为世界性的能源危机的问题,然而对于发动机的热效率优化和提升的空间就目前科学而言有研究的前景。世界汽车保有量的增高会带来第二个严峻的问题,那就是汽车排放的尾气中氮氧化物会严
17、重污染大气,污染我们懒以生存的环境。什么是氮氧化物,氮氧化物含有多种化合物,有一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮,和五氧化二氮等。氮氧化物的特性是极不稳定,在光照湿热的环境下一氧化氮二氧化氮互变,是几种气体混合物,主要为一氧化氮和二氧化氮。氮氧化物有很强的毒性,对人动植物和建筑造成破坏,同时氮氧化物进入臭氧层与臭氧反应分解臭氧,在大气层形成臭氧空洞,导致紫外线辐射量增大,使得人们羅患皮肤癌的概率变大【3】。氮氧化物通过呼吸进入人体肺的深部,可引起支气管炎或肺气肿。氮氧化物还会和空气其他污染物质混合发生光化学反应,形成酸雨,腐蚀建筑物。这些氮氧化物的大量排放都来自于汽车的尾气
18、,在发动机内部氮氧化物的生成机理一部分来自于发动机内部高温富氧的状态空气中的氮在高温下被氧化生成的,燃料中各种氮化物被分解氧化生成的氮氧化物。汽车尾气中除过氮氧化物外,还含有大量排放的碳氢,一氧化碳,PM,这些也同样是空气污染的罪魁祸首。我国机动车排放污染物大部分来自于汽车。特别在大中型城市,汽车尾气已成为城市最主要的污染来源。汽车未来发展方向受着排放技术的限制,由于日益严峻的环境下,不同的国家都对自己的汽车排放制定了相应的法规和标准。我国已近颁布相应的欧一,欧二的标准,目前执行欧四的标准,目前就一些发达的一线城市则会执行欧五的排放标准(见图1.3)。能源的短缺和环境排放污染的治理问题现在已摆
19、在未来汽车发展的趋势里,未来汽车进步不是在于大产量的市场保有,而是在于不断优化内燃机的效率节约能源,不断地开发新的排放技术和措施,这都是未来汽车行业所要解决的问题,而同时这个问题同样会使得汽车技术的发展会不断地进步。 图1.3欧五排放标准图 1.2 过量空气系数同EGR在直喷汽油机关系1.2.1 EGR技术的简介 EGR技术又简称排气再循环(Exhaust gas recirculation),将内燃机排出的尾气进行部分的收集然后导入进气通路与新鲜的工质相结合进行再度燃烧的技术。EGR主要是减少排放尾气中的氮氧化物,在一些特殊的负荷下反而提高燃油的利用率。它的原理就是发动机吸入的工质在燃烧后,
20、通过排气管排出废气,这部分的废气是高温但是其中的氧含量的成分是非常低低的,当把这样的气体回输进行下一次的燃烧,会降低缸内燃烧的温度,这样会抑制氮氧化物的形成。同时燃烧温度的降低反过来会使得活塞汽缸壁面等一些部件的散热量会减少,同时工质因为高温条件下的裂解和碳化而消耗的能量也会随之而减少。【4】内燃机有部分负荷为汽缸内燃烧时内在非EGR情况下,为了得到等价的氧气含量,就需要将节气门的开度调大,造成的结果就是吸气时吸入油气损失较低,燃油的消耗率反而会上升。活塞在一次行程时进入的氧气量过低,会使得小排量的内燃机始终处于高负荷的状态,EGR的反向的吸入量要根据内燃机的实际燃烧情况,在吸气量中的最大含量
21、为15%,而在高负荷和怠速的状态则要停止吸入。重量较大的柴油机汽车其内燃机对外输出的扭矩不是很大,同时它的负荷也非常高,为了能使内燃机的排放达到规定的标准的范围内就要采用EGR技术【4】。 EGR技术回输的废气存在着惰性性质这将会延缓缸内燃烧的进程,换句话说就是燃烧速度将会减慢,这样会使得燃烧室内形成高压力的进程也减慢,这就是为什么氮氧化合物会减少的主要原因之一。同样的,使用废气再循环的技术会使总排放的废气流量(mass flow) 减少,因此包含在废气当中的污染物的输出量将会相对减少。构建EGR系统的目的就是使废气再循环的量在每一个负荷下都达到最佳进行状况,从而控制燃烧保持在理想的条件下完成
22、,从而保证排放物中的最终污染成份很低。但由于废气再循环的量会改变废气中不同的污染成份,反而可能产生反作用的影响,为了促使相关污染物总排放达到最佳的方案,最终最佳的状况是受各种因素相互制约的【5】。例如,尽管一味提高废气再循环率对减少氮氧化物的排放是有明显的效果, 但是这样这也会造成颗粒物和其他污染成份的排放增加,反而产生消极的影响,未来法规下的排放(见图1.4)。 图 1.4未来排放法规图 在增压中冷柴油机中,一般实现废气再循环有两种方式:第一种将涡轮前的排气引入中冷器之后,叫高压废气反向。通常采用可变截面的涡轮增压器,使得废气再循环有效工作范围变大,降低氮氧化物(NOX)和微粒(PT)的排放
23、,但油耗并不升高,这可能是将高压废气再循环系统用于增压中冷柴油机的最佳方式。第二种,便是将涡轮后的排气引入压气机之前,叫做低压废气再循环系统,对降低氮氧化物的排放有显著效果,同时废气循环工作范围也很大,与柴油机匹配发会有效挥其功能。但现在一般用得最广泛是低压废气再循环系统,其系统的主要部件是数控式EGR阀。数控式EGR阀安装在右排气歧管上,目的是独立地并且精确地控制再循环到发动机上的废气量,而不管歧管真空度的大小。EGR阀通过3个递增的孔径计量孔来控制从排气歧管流回进气歧管的废气量,为了产生7种不同流量的组合。每个计量孔由1个电磁阀和针阀组成,当电磁阀通电时,电枢便被磁铁吸向上方,会使计量孔开
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