直噴汽油機(jī)稀薄燃燒與氮氧化物排放控制研究.pdf

1、日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問題是汽車工業(yè)發(fā)展所面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn),內(nèi)燃機(jī)的繼續(xù)發(fā)展必然要求低油耗和低排放。汽油機(jī)稀薄燃燒不僅能夠有效降低燃油消耗,從而減少溫室氣體的排放,還可以大大降低HC和CO的排放,但是稀燃條件下NOx的排放問題制約了稀燃汽油機(jī)的發(fā)展。本文在自主研發(fā)的4G15型缸內(nèi)直噴汽油機(jī)上進(jìn)行了汽油機(jī)稀薄燃燒及其氮氧化物NOx排放控制的研究。
　　 首先,研究了直噴汽油機(jī)滾流稀薄燃燒系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)及其控制。通過穩(wěn)流氣道試驗(yàn)和CF

2、D瞬態(tài)數(shù)值模擬研究了4G15型直噴汽油機(jī)的進(jìn)氣滾流特性。結(jié)果表明,該直噴汽油機(jī)具有較強(qiáng)的滾流性能,有利于分層混合氣的形成和稀薄燃燒。進(jìn)而采用合理的控制策略,成功實(shí)現(xiàn)了稀薄燃燒,稀燃極限可達(dá)25～27,并分析了汽油機(jī)排放生成機(jī)理、稀燃排放特性以及機(jī)內(nèi)凈化控制NOx排放的措施。
　　 研究了三效催化器吸附NO的機(jī)理,結(jié)合直噴汽油機(jī)稀燃排放特征,在高空燃比稀燃和三效催化器控制NOx排放試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出了利用三效催化器NO吸附還

3、原機(jī)理控制稀燃NOx排放的新方法,可以較大程度上降低排氣中的NO濃度,并充分利用濃燃時的高濃度還原性氣體CO,提高三效催化器對NOx的轉(zhuǎn)化效率。
　　 采用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)計(jì)算軟件CHEMKIN4.0,從瞬態(tài)模擬的角度研究了通過三效催化器對NO吸附還原進(jìn)而控制直噴汽油機(jī)稀燃NOx排放機(jī)理的合理性。深入分析了空燃比濃稀轉(zhuǎn)換策略中的關(guān)鍵參數(shù),如轉(zhuǎn)換比例和頻率、排氣流量和排氣溫度對稀燃NOx排放控制的影響及其原因。
　　 針對利

4、用三效催化器NO吸附還原機(jī)理控制稀燃NOx排放進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,結(jié)果顯示,空燃比濃稀轉(zhuǎn)換的比例、頻率和濃燃空燃比與稀燃直噴汽油機(jī)有害氣體排放及燃油經(jīng)濟(jì)性有很大關(guān)系,對這些策略控制參數(shù)的選取要綜合考慮NOx排放、HC和CO排放以及發(fā)動機(jī)的燃油消耗率。同時,發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速負(fù)荷工況不同,也會對NOx排放及其催化轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生影響。臺架排放試驗(yàn)證明,通過這種方法可以將高空燃比稀燃條件下NOx的轉(zhuǎn)化效率提高到50％以上,使稀燃排放達(dá)到較低水平。該方