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1、————————————————————————————————分層EGR控制參數(shù)對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的研究————————————————————————————————ResearchontheInfluenceoftheControlParametersforStratifiedEGRonGDIEnginePerformance______________________________________________作者姓名：姜北平專業(yè)名稱：動(dòng)力機(jī)械及工程熱物理指導(dǎo)教師：洪偉教授學(xué)位類(lèi)別：工學(xué)碩士
2、答辯日期：2015年6月4日摘要分層EGR控制參數(shù)對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的研究在能源短缺和環(huán)境污染的大背景下，內(nèi)燃機(jī)工作者在積極探索尋求替代能源，并且致力于研究提高內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性的同時(shí)降低燃油消耗及降低內(nèi)燃機(jī)的排放的有效措施，廢氣再循環(huán)是有效措施之一，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)引入廢氣的主要目的是降低排放，傳統(tǒng)的汽油機(jī)加入EGR可以降低泵氣損失。那么GDI發(fā)動(dòng)機(jī)引入EGR降低泵氣損失的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)EGR分層，形成火花塞附近的EGR稀區(qū)及其他區(qū)域的濃區(qū)。在不影響燃燒的情況下能最大限度的發(fā)揮EGR的作用。本文使用AVL的F
3、IRE軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，首先實(shí)現(xiàn)分層，然后在此基礎(chǔ)上研究EGR溫度、EGR率及EGR壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。1.實(shí)現(xiàn)分層：本文研究了兩種策略，為全氣道時(shí)序進(jìn)氣及部分氣道時(shí)序進(jìn)氣。全氣道時(shí)序進(jìn)氣是在不改變系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入EGR，其他時(shí)間內(nèi)進(jìn)入新鮮空氣。結(jié)果表明此種策略點(diǎn)火時(shí)刻不能形成缸內(nèi)EGR分層。如果把進(jìn)氣始點(diǎn)定義為0°CA曲軸轉(zhuǎn)角，而在285°CA曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)刻分層狀態(tài)較好。所以縮短進(jìn)氣道并且在進(jìn)氣道中加擋板來(lái)加強(qiáng)分層。加擋板的作用是為了使EGR和新鮮空氣分別進(jìn)入進(jìn)氣道，分別研究了兩種擋板位置
4、的分層狀態(tài)，經(jīng)計(jì)算得出第二種擋板位置可以實(shí)現(xiàn)良好的分層狀態(tài)，但由于第二種擋板位置使得進(jìn)入的EGR過(guò)大，那么需要減少EGR進(jìn)入的時(shí)間，采取時(shí)序進(jìn)入EGR的策略，研究不同時(shí)序的分層，表明在第二種擋板位置的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，60~210°CA曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)期內(nèi)進(jìn)入EGR的分層狀態(tài)最好。2.在最好的分層狀態(tài)下，分別研究了EGR溫度、EGR率及EGR壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。1）首先研究了EGR溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)分層狀態(tài)及性能的影響，EGR溫度分別為310K、320K和330K，而其他計(jì)算條件不變，保持當(dāng)量比為1不變，結(jié)果顯示隨著EG
5、R溫度的升高，缸內(nèi)氣體分層狀態(tài)基本不變，由模擬計(jì)算結(jié)果可知層流火焰?zhèn)鞑ニ俣戎苯邮芊謱訝顟B(tài)的影響，缸壓及缸內(nèi)溫度最大值隨著EGR溫度I的升高而增大，但由于EGR的溫度升高導(dǎo)致最終進(jìn)入缸內(nèi)的EGR的量、空氣量、燃料量均減少，所以隨著EGR溫度的升高指示功和平均指示壓力下降。NO的排放隨著溫度的升高而升高，而CO的最終排放量基本相同，SOOT被氧化。2）其次研究了EGR率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)分層狀態(tài)及性能的影響，入口處的EGR率分別為25%、50%和75%，而其他計(jì)算條件不變，設(shè)定當(dāng)量比為1，隨著入口處EGR率的增加，最終缸
6、內(nèi)的EGR率會(huì)增加，空氣和燃油質(zhì)量均減少。EGR率對(duì)分層區(qū)域的影響不大，但是對(duì)分層區(qū)域的濃度差有很大的影響，濃度差由3%上升到15%。隨著EGR率的升高，缸壓及缸內(nèi)溫度最大值降低，指示功和平均指示壓力隨著EGR率的升高而減小，放熱率及累積放熱量曲線的最大值隨著EGR率的增加而減小，Soot最終被徹底氧化，但CO和NO會(huì)隨著EGR率的升高而變小。3）最后研究了EGR壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)分層狀態(tài)及性能的影響，EGR壓力分別為102.5kPa、105kPa、107.5kPa和110kPa，其他計(jì)算條件不變，當(dāng)量比為1的條
7、件下，得到如下結(jié)果，隨著EGR壓力的升高導(dǎo)致最終進(jìn)入氣缸的EGR率增加很多，EGR壓力的升高對(duì)分層狀態(tài)的影響很大，EGR的壓力升高，使得EGR向周?chē)鷶U(kuò)散的能力增加，導(dǎo)致EGR和新鮮空氣發(fā)生了摻混，分層狀態(tài)被破壞，均質(zhì)程度增加。由p-V圖可以看出，只要EGR壓力由100kPa升高到102.5kPa時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)便失火。關(guān)鍵詞：GDI發(fā)動(dòng)機(jī)，EGR，分層，控制參數(shù)，性能IIABSTRACTResearchontheInfluenceoftheControlParametersforStratifiedEGRonGD
8、IEnginePerformanceInthebackgroundofenergyshortageandenvironmentalpollution,researchersactivelyseekalternativeenergy,andfocusonimprovetheenginepower,reducefuelconsumptionandtheemissionofinternalcombustionengin
