文档介绍：上海交通大学
博士后学位论文
电喷汽油机燃油附壁试验与计算研究
姓名:程用胜
申请学位级别:博士后
专业:动力机械及工程
指导教师:邓康耀
20090110
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摘要进气道喷射汽油机冷起动的和排放占整个测试循环排放总量的一%。冷起动附着燃油以油粒形式进入气缸是造成和排放高的主要原因之喷射距离、喷射角度、进气非定常流和进气道及进气阀壁面温度变化对燃油油膜附壁的影响规律,为精确控制冷起动空燃比提供科学依据。研究结果揭示了喷射角度对燃油附壁的影响规律:喷嘴角度越小,附壁油膜研究结果也探明了风速对燃油附壁的影响规律:随着空气流速的增加,油膜形状从圆形变成椭圆形,同时,油膜厚度减小。随着空气流速的增加,垂直于空气流动方向上的油膜长度减小。当空气流速低于痵时,随着空气流速的增加,沿着空气流动方向上的油膜长度减小,油膜面积减小。但当空气流速继续增加到痵以上时,沿着空气流动方向上的油膜长度和油膜面积将会随着空气流速的研究结果也表明了壁面温度对附壁油膜的影响规律:随壁面温度升高,油膜面积收缩。油膜厚度随壁面温度升高而减小。空气流速一定,随温度升高,油膜中心向下游移动距离减小。关键词:激光诱导荧光;燃油附壁;油膜厚度;温度;空气流动一。研究冷起动时影响燃油附壁的规律及其控制,对低排放和超低排放汽车发动机的研发具有重要理论和应用意义。本文采用激光诱导荧光法,并运用高速阆瘢芯坷淦鸲保缬吐隹怼厚度较大的区域越移向下游,油膜较厚区域的范围越大,油膜的最大厚度越小。研究结果也揭示了喷射距离对燃油附壁的影响规律:喷射距离越大,附壁油膜的厚度越薄。增加而增加。
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第一章前言研究的背景和意义现代电喷汽油机的汽油喷嘴一般对准进气阀中心喷射。起动时壁面温度低,燃油蒸发性差,为补偿燃油蒸发性差和可靠起动,需过量增加喷油量,喷出的燃油除少部分雾化蒸发悬浮在进气道空气中,大部分燃油附在进气阀和进气道壁面。进气阀打开时,附在壁面的油膜被进气气流剥离雾化。进气道油膜较厚时还将顺着气道壁面流入气缸和进气阀阀座底面。当进气阀关闭时,~部分油粒飞溅入气缸,造成气缸内燃烧不好,使排放显著增加。另一方面,进气道内的附壁油膜时而蒸发、时而沉淀的现象也不利于精确控制空燃比。电喷汽油机排放主要来源于冷起动工况,冷起动工况排放占整个测试循环排放的~%。冷起动排放高,一方面因冷起动时,三元催化器未达到起燃温度,不能有效处理发动机排出的:另一方面因进气道、进气阀和气缸壁面温度低,燃油不能很好形成混合气,缸内燃烧生成增加。降低起动工况排放的技术途径也主要是沿着这两方面进行。一条途径是后处理技术途径,即对三元催化器起燃温度和吸收器等进行研究。另一技术途径是探明冷起动时缸内燃烧生成的排放高的成因,以改进发动机设计,从源头上减少燃烧生成。这是一条成本较低,对发动机性能影响较小的技术途径,也是发动机实现低排放或超低排放的前提。为减少起动工况的排放,就需减少冷起动时汽油的附壁效应,以减少汽油以油粒进入气缸的数量。虷Ⅲ对冷起动时喷油正时进行了研究,试验结果表明进气阀打开时喷射进入气缸的燃油液粒数量小于进气阀关闭时燃油喷射的数量,因进气关闭喷射容易形成油膜,一旦进气门打开将被气流撕裂的油粒数反而多。取对喷油夹角和用空气辅助喷射进行了研究,通过拍照分析得到较小的喷射夹角有助于减小汽油油膜附壁和用空气辅助喷射有助于减少进入气缸的油粒数,排放下降%。近年来,激光诱导荧光法虺芁谌忌照锒狭煊虻挠τ迷嚼丛焦惴海等毕晗缸芙崃烁梅椒ㄔ诙坎饬咳加团ǘ取⑽露燃翱杖急确矫娴挠τ谩
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国外也有不少学者采用激光诱导荧光法研究了发动机进气道壁面的附壁油膜现象。和¨’在有进气流速的模型进气管内采用激光诱导荧光法观察了油膜的发展过程。等酾’在真实发动机进气道壁面上丌了~个光学小窗口,采用激光诱导荧光法测量了该窗口附近壁面上的油膜厚度分布。取采用平面激光诱导荧光法虺芇研究了二维平板上的附壁油膜分布规律。萵捎眉す庥盏加ü夥ú饬苛烁滋咨系挠湍し植肌国内也有一些学者采用激光诱导荧光法芯磕谌蓟忌展蹋热缢万华等哺捎眉す庥盏加ü夥ㄑ芯苛瞬裼团缥淼淖脖诨旌瞎獭进气道喷射汽油机冷起动时,油膜附着在进气道、进气阀、活塞和缸套的缝隙中会造成燃烧不完全,导致排放高。冷起动汽油油膜的附壁效应与气流速度、气道和阀壁温度、喷射角度与位置以及发动机运行工况等有关,是一个复杂的传热传质过程。喷射参数ㄅ缟渚嗬搿⑴缟浣嵌取⑴缬吐隹淼、壁面温度、进气涡流速度等都会影响附壁油膜的厚度。国内外学者在相关领域做过大量国外方面,取采用激光诱导荧光技术研究了不同喷射参数对平板附壁油膜厚度二维分布的影响。等巧捎眉す庥盏加ü饧际踔苯釉谄突的进气道上测量了附壁油膜的厚度。他们发现,汽