直喷汽油机起动及暖机过程微粒排放特性研究

【摘要】：随着车辆制造技术的日趋成熟和轿车的普及，缸内直喷汽油机因其巨大的节油潜力和较低的温室气体排放优势越来越广泛的搭载于乘用车上。但直喷汽油机直接向气缸内喷射燃油与空气混合后形成可燃混合气的工作方式导致排放恶化，尤其是在起动及暖机过程微粒的排放显著增多。本文通过对缸内直喷汽油机不同冷却液温度起动及暖机过程微粒数量浓度的变化历程以及怠速工况微粒粒径分布的测量与分析，探究怠速工况改变喷油时刻，点火时刻，过量空气系数、转速等控制参数对微粒数量、表面积、体积浓度及粒径分布的影响，阐述直喷汽油机起动及暖机过程微粒的排放特性。主要研究结论如下： 1、怠速工况下，随着点火时刻的提前，微粒数量浓度、体积浓度和表面积浓度有所增加。微粒数量浓度粒径分布呈单峰分布，核模态微粒数量浓度粒径分布峰值很小并不明显，并且积聚模态微粒数量浓度粒径分布峰值向大粒径方向移动。 2、核模态微粒和积聚模态微粒数量浓度随发动机转速的增加而增大，微粒数量浓度粒径分布呈单峰分布，核模态微粒数量浓度峰值很小并不明显。微粒表面积浓度和体积浓度也随转速的增加而增大。 3、可燃混合气偏浓和偏稀均会导致微粒数量浓度的增加。过量空气系数为1.0时微粒数量浓度达到最小值。微粒数量浓度粒径分布呈单峰分布，核模态微粒的浓度峰值相对积聚模态微粒小1-2个数量级。 4、随着喷油时刻的提前，微粒数量浓度因燃油与空气混合时间的增加而减少并呈单峰分布。积聚模态微粒数量浓度大于核模态数量浓度，微粒表面积和体积浓度随喷油时刻的提前而减小。 5、壁面诱导型4G15和进气引导型1.4T直喷汽油机起动过程微粒数量浓度峰值随冷却水温度的升高而减小。在发动机起动时的1-2s内，微粒数量浓度迅速升高并达到峰值，4G15直喷汽油机比1.4T直喷汽油机的微粒数量浓度峰值高1-2个数量级。怠速暖机过程微粒数量浓度逐渐下降最终达到稳定状态，使用97#汽油、市售E93#汽油和市售E97#汽油对微粒数量排放没有明显影响。与微粒排放规律相一致，HC体积浓度峰值在发动机起动过程随冷却水温度的升高而逐渐减小，进入怠速暖机后HC体积浓度有所下降并最终趋于稳定并且4G15直喷汽油机HC排放明显高于1.4T直喷汽油机。 【关键词】：直喷汽油机 微粒 起动 暖机
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK411.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11-13
• 1.1.1 汽车、能源与环境11-12
• 1.1.2 GDI 汽油机的特点12-13
• 1.2 内燃机的微粒排放13-16
• 1.2.1 微粒的尺寸划分及危害13-14
• 1.2.2 内燃机微粒排放的现状14-15
• 1.2.3 汽油机微粒排放标准15-16
• 1.3 汽油机微粒排放的现状16-19
• 1.3.1 微粒排放的测试手段16-17
• 1.3.2 微粒排放的影响因素17-18
• 1.3.3 起动及暖机过程微粒排放18-19
• 1.4 本课题研究的意义及研究内容19-21
• 第二章 试验平台搭建和试验方案21-29
• 2.1 前言21-22
• 2.2 发动机及控制系统22-24
• 2.2.1 试验发动机22
• 2.2.2 发动机控制系统22-23
• 2.2.3 温度控制系统23-24
• 2.3 微粒采集与分析系统24-27
• 2.3.1 微粒粒径谱仪（EEPSTM3090）24-26
• 2.3.2 尾气稀释系统26-27
• 2.3.3 微粒数量、表面积、体积及质量浓度计算27
• 2.4 试验方案27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 怠速控制参数对微粒排放影响研究29-53
• 3.1 前言29
• 3.2 点火时刻对微粒粒径分布特性的影响研究29-34
• 3.2.1 微粒粒径分布特性29-31
• 3.2.2 微粒数量、表面积浓度特性31-33
• 3.2.3 微粒体积浓度特性33-34
• 3.3 怠速转速对微粒粒径分布特性的影响研究34-41
• 3.3.1 微粒粒径分布特性34-36
• 3.3.2 微粒数量、表面积浓度特性36-39
• 3.3.3 微粒体积浓度特性39-41
• 3.4 过量空气系数对微粒粒径分布特性的影响研究41-46
• 3.4.1 微粒粒径分布特性41-43
• 3.4.2 微粒数量、表面积浓度特性43-45
• 3.4.3 微粒体积浓度特性45-46
• 3.5 喷油时刻对微粒粒径分布特性的影响研究46-51
• 3.5.1 微粒粒径分布特性46-48
• 3.5.2 微粒数量、表面积浓度特性48-50
• 3.5.3 微粒体积浓度特性50-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第四章 GDI 起动及暖机过程微粒数量浓度变化历程研究53-59
• 4.1 前言53
• 4.2 4G15 直喷汽油机起动及暖机过程微粒数量浓度变化历程研究53-54
• 4.3 1.4T 直喷汽油机起动及暖机过程微粒数量浓度变化历程研究54-56
• 4.4 本章小结56-59
• 第五章 全文总结及工作展望59-63
• 5.1 全文总结59-61
• 5.2 工作展望61-63
• 参考文献63-67
• 科研成果及参与项目说明67-69
• 致谢69

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