基于循環(huán)控制的LPG點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)冷起動瞬態(tài)排放特性研究.pdf

1、冷起動過程中，由于排氣溫度不高，尾氣后處理系統(tǒng)不能正常工作，轉(zhuǎn)化效率低，其在工況法中的排放貢獻(xiàn)最大，所以歐Ⅲ以上的排放標(biāo)準(zhǔn)都包含低溫冷起動排放測試。試驗研究表明排放測試中50％～80％的HC和CO排放都是在冷起動過程中產(chǎn)生。首循環(huán)燃燒對于冷起動整體排放非常重要，首循環(huán)失火將產(chǎn)生大量HC排放，并影響后續(xù)循環(huán)的燃燒穩(wěn)定性。LPG作為一種清潔替代燃料，在國內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用，特別在國內(nèi)清潔汽車示范城市的市內(nèi)出租車中更為突出，研究其在冷起動過程

2、中的燃燒和排放特性是很有必要的。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“液化石油氣(LPG)點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)冷起動過程燃燒排放特性與控制策略研究(50376034)”，和“十五”國家清潔汽車關(guān)鍵技術(shù)研究開發(fā)及示范應(yīng)用項目“電控噴射LPG摩托車的開發(fā)與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)(2003BA408809A)”，采用瞬態(tài)測試手段，基于循環(huán)控制方法著重研究了LPG點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)冷起動首循環(huán)燃燒與瞬態(tài)排放特性。 使用Cambustion fNO<,x>400瞬態(tài)NO

3、分析儀研究了LPG發(fā)動機(jī)冷起動首循環(huán)及暖機(jī)過程瞬態(tài)NO排放特性，提出并驗證了采用瞬態(tài)NO<,x>排放臨界值8～10×10<'-6>作為首循環(huán)或工作循環(huán)著火判據(jù)的新方法。試驗結(jié)果表明冷起動首循環(huán)瞬態(tài)NO排放隨過量空氣系數(shù)變化分別經(jīng)歷了3個變化階段：稀燃區(qū)內(nèi)NO排放急劇上升至最大值；濃燃區(qū)NO排放緩慢下降；過渡區(qū)域NO排放急劇下降。相同點(diǎn)火角和混合氣濃度時，NO排放隨缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力的升高而增加。冷起動暖機(jī)過程瞬態(tài)NO排放主要集中在初始幾個

4、循環(huán)中，后續(xù)循環(huán)瞬態(tài)NO排放逐漸降低?；旌蠚鉂舛缺３植蛔儠r，瞬態(tài)NO排放隨點(diǎn)火角的提前而增加。 使用HFR500瞬態(tài)HC分析儀詳細(xì)研究了LPG發(fā)動機(jī)冷起動首循環(huán)瞬態(tài)HC排放及進(jìn)氣道燃料輸運(yùn)特性。試驗確定了冷起動首循環(huán)失火與正常著火循環(huán)瞬態(tài)HC排放8倍以上的定量關(guān)系，驗證了冷起動首循環(huán)的可靠著火是影響發(fā)動機(jī)冷起動整體HC排放的關(guān)鍵之一。試驗結(jié)果顯示隨著過量空氣系數(shù)的變化，冷起動首循環(huán)瞬態(tài)HC排放可在一個較寬的混合氣濃度范圍內(nèi)平緩變

5、化，并穩(wěn)定在較低的排放水平。當(dāng)首循環(huán)混合氣濃度過濃或者過稀時，瞬態(tài)HC排放均急劇增加?；旌蠚鉂舛裙潭〞r，首循環(huán)瞬態(tài)HC排放隨點(diǎn)火角度的推遲，其變化規(guī)律為先增加再減少，點(diǎn)火角度推遲到燃燒極限后，缸內(nèi)失火發(fā)生。試驗發(fā)現(xiàn)，在氣態(tài)燃料進(jìn)氣噴射時，仍存在一定比例的燃料不能進(jìn)入缸內(nèi)，而是殘留在進(jìn)氣道內(nèi)影響后續(xù)循環(huán)燃燒。LPG發(fā)動機(jī)冷起動首循環(huán)進(jìn)氣道殘留的HC濃度，隨燃料噴入量的增加而增大；而殘留比例卻隨燃料噴入量的增加而減少；本文試驗條件下，進(jìn)氣道

6、燃料殘留的比例在6％～15％之間。通過改變發(fā)動機(jī)火力岸間隙的方法研究了火力岸間隙對LPG發(fā)動機(jī)HC排放的影響。試驗結(jié)果表明，在冷起動首循環(huán)情況下混合氣濃度處于稀燃區(qū)時，增加50％的火力岸間隙體積，HC排放平均升高了25％；當(dāng)混合氣濃度處于穩(wěn)定燃燒區(qū)域時，增加50％的火力岸間隙體積，HC排放平均降低了32％；當(dāng)冷起動首循環(huán)混合氣濃度處于濃燃區(qū)時，火力岸間隙體積增加50％，HC排放平均提高了18％。 基于瞬態(tài)HC排放的試驗結(jié)果和雙區(qū)