含水乙醇汽油发动机燃烧循环变动研究毕业论文
2021-03-26 10:03
摘 要
汽油是汽车这种现代社会必不可少的交通工具的血液，为全球近一百多年来的社会进步作出了巨大的贡献。然而，一枚硬币总是有两面的。这种化石燃料也给环境和人们的生活健康带来了负面而深远的影响。而无水乙醇汽油的出现则为清洁燃料提供了一个新的选项。但无水乙醇制备工艺复杂，成本较高，如果我们使用含水乙醇汽油作为燃料则会削弱这方面的影响。与此同时，发动机的燃烧循环变动与发动机的动力性等因素有着密不可分的联系。因此，我将含水乙醇汽油作为此次研究工作的重点。本文则对含水乙醇汽油发动机燃烧循环变动进行了试验研究。
本论文以各种表征参数深入分析了含水乙醇汽油的循环变动及这些参数之间的相关性，最后研究了在发动机上燃烧使用E10W5含水乙醇汽油和纯汽油两种不同燃料时，对燃烧循环变动的影响进行对比分析。
在实验所测中高转速范围及中低转矩范围内，如果以最大缸内压力为特征参数时，燃烧循环变动随转速及负荷提高而提高。在所测较高转速和转矩工况下，最大缸内压力及其相位有着比较高的相关性。在较大工况范围内，最大压力升高率与其相位没有什么联系。含水乙醇汽油燃烧循环变动表征参数COVIMEP随着转矩的提高，有着逐渐减小的趋势。在所测较低转速下，最大缸内压力与平均指示压力有着非常强烈的相关性；而在中间转矩范围内，两者的相关性有所减弱。CA10与CA50，CA10与CA90在较大工况范围内有着极强的相关性，同时，他们与最大缸内压力也有着极为稳定的强相关性。
在低转速、中低转矩工况下，以COVIMEP作为标准，汽油的燃烧循环变动是要小于含水乙醇汽油的。如果以COVIMEP比较含水乙醇汽油与纯汽油燃烧循环变动的参数时，不能简单得出两者的大小关系，而要结合具体工况来进行比较；如果以燃烧时间作为表征参数，在同一工况下汽油的燃烧循环变动要低于含水乙醇汽油，这种关系是很稳定的。
关键词：含水乙醇汽油；燃烧循环变动；表征参数；对比分析
Abstract
Gasoline is the blood of the modern society, which is an indispensable means of transport, and has made tremendous contributions to the social development and progress of our world for nearly a hundred years. However, a coin always has two sides. This fossil fuel have a harmful and far-reaching impact to the environment and people's lives. The advent of anhydrous ethanol gasoline has provided a new option for clean fuels. But the process of ethanol production is complex and costly, and if we use hydrous ethanol gasoline as fuel, we will weaken this effect. At the same time, the engine combustion cycle variations and engine power and other factors are inextricably linked. Therefore, I will include hydrous ethanol gasoline as the focus of this research work. In this paper, the combustion cycle variations of hydrous ethanol gasoline was studied.
In this thesis, the cyclic variations of hydrous ethanol gasoline and the correlation between these parameters were analyzed in detail. Finally, the two kinds of different fuels of hydrous ethanol gasoline and pure gasoline were studied. The influence of combustion cycle change is analyzed.
In the medium and high speed range and low torque range, if the pmax as the characteristic parameters, the combustion cycle variations with the speed and load increased. In the higher speed and torque conditions, pmax and its phase has a relatively high correlation. The correlation between dpmax and its corresponding phase is very weak, and there is no connection between the two. The COVIMEP has a tendency to decrease gradually with the increase of the torque. At lower speeds, pmax has a very strong correlation with the IMEP. And in the middle torque range, the correlation between the two has weakened.CA10 and CA50, CA10 and CA90 have a strong correlation with a wide range of conditions, and they have a very strong correlation with the maximum in-cylinder pressure.
In the low speed, low and intermediate torque conditions, with the maximum cylinder pressure to characterize the cycle variations, the gasoline combustion cycle variations is less than the hydrous ethanol gasoline. If COVIMEP is used to compare the parameters of the combustion of hydrous ethanol gasoline and pure gasoline, their relationship can’t be obtained simply, and the comparison is made with the specific working conditions. If the parameters are expressed by the combustion duration, gasoline combustion cycle variations is lower than the hydrous ethanol gasoline, this relationship is very stable.
Key words: hydrous ethanol gasoline; combustion cycle variations; Characterization parameters; comparative analysis
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 IV
第1章 引言 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 燃料乙醇发展现状分析 2
1.2.2 内燃机燃烧循环变动研究现状 4
1.2.3 燃烧循环变动表征参数研究现状 6
1.3 研究内容与研究方法 6
1.3.1 研究内容 7
1.3.2 研究方法 7
第2章 实验 9
2.1 发动机试验台架布置 9
2.2 实验仪器 9
2.3 实验方法及方案 12
第3章 燃烧循环变动分析 13
3.1 原始数据处理 13
3.2 最大压力及其相位 14
3.2.1 选定工况初步分析 14
3.2.2 各工况变动系数分析 16
3.2.3 各工况相关性分析 18
3.3 最大压力升高率及其相位 19
3.3.1 选定工况初步分析 19
3.3.2 各工况变动系数分析 21
3.3.3 各工况相关性分析 23
3.4 平均指示压力 24
3.4.1 选定工况初步分析 24
3.4.2 各工况变动系数分析 25
3.4.3 各工况相关性分析 27
3.5 燃烧时间 29
3.5.1 选定工况初步分析 29
3.5.2 各工况变动系数分析 31
3.5.3 各工况相关性分析 32
3.6 本章小结 34
第4章 含水乙醇汽油燃烧循环变动对比 36
4.1 乙醇与汽油理化性质对比 36
4.2 最大缸内压力对比 37
4.3 平均指示压力对比 39
4.4 燃烧时间对比 41
4.5 本章小结 42
第5章 结论 44
5.1 研究总结 44
5.2 研究展望 44
参考文献 46
附 录 48
附录A.燃烧循环变动表征参数计算代码 48
附录B.燃烧持续期计算代码 49
致 谢 52
第1章 引言
1.1 研究背景与意义
交通，自古以来在人类的社会各个领域都承担了不可替代的独特作用。但是当内燃机出现的那天起，以发动机为心脏的汽车以未曾有过的强劲动力驱动这世界的车轮滚滚向前开进。不可避免地，全世界都为这种机器而疯狂，汽车的有关技术也飞速发展，汽车的年产销量也如滚雪球一般飞速增长。据Wardsauto分析，在二十世纪中叶后的二十年间里，全世界的汽车保有量以7.2%左右的年均增长率狂速发展，而一九七零年的数字已经是二十年前的两倍了。在此后的十五年间，全世界的汽车保有量以年4.7%左右的增长率一路向前发展[1]。自2001，中国获准进入世界贸易的大圈子的那一天起，全世界为中国提供了一个巨大的崭新舞台，而中国也为世界提供了一个巨大的贸易市场，为其注入了新鲜、强有力的活力。这同时，也是世界汽车史上一个不可磨灭的一笔。在最近十几年，由于中国市场的庞大需求，世界汽车的产销量也开始了新的增长期。在2014年，全球的乘用车保有量90705.1万辆，商用车保有量32925万辆，合计保有量为12.36亿辆。其中，美国在这个世界上，仍然是汽车保有量第一的国家，约为2.58亿辆，第二就是中国，达1.424亿辆；截止去年底，这一数字为1.94亿辆。世界汽车今天的发展，这其中中国市场的贡献绝对不容忽视。
汽车的飞速早期（包括现今也是）发展需要无数的化石能源的支持，这让化石能源的储备成了一个巨大的问题；并且，汽车燃烧尾气排放带来的环境污染也成了汽车发展的前进道路上绕不开的挡路石。汽车尾气排放污染物是使用化石燃料一个几乎无法避免的问题。汽车尾气中的CO，HC以及氮氧化合物对大气环境的污染在前几十年里也已受到了人们的广泛关注。并且除此之外，化石燃料的生产和利用所产生的温室气体占到了总量的近三分之二，二氧化碳的排放无疑也会加剧温室效应，2015年的巴黎气候大会将控制碳排放作为了核心问题。生存问题在人类历史的任何时期都是我们都必须面对的最大的问题，降低碳排放是一个不可扭转的，不因人的感情因素而改变的大势，我们如何在兼顾发展的同时完成这一历史使命？目前看起来使用低碳能源和清洁能源是一个不错的选择。除此之外，在大家的普遍认知中，中国的石油资源比较匮乏，而中国在这高速发展中也会是一个石油的消耗大国。自20多年前开始，我国只能从国外进口原油来弥补自己的不足了。中国汽车市场的发展给经济注入了强劲的动力，但是我们的石油也越来越依靠进口了。到了2009年，我们国家石油依存度达到52%左右。据有关报告，2015年这个数字初次突破了60%，达到了60.6%[2]。一方面，我们开拓多条石油陆上管道来分散我们对某一国家和地区石油的依赖；另一方面，也加大了对石油的发现、开采力度，尤其是对海洋石油的探索、开采力度，981平台就是一个很好的例子。但是不管怎么说，中国的石油大部分要依靠于进口提供这一现实情况，这会造成一直以来都是信奉“手中有粮，心中不慌”理念的中国人神经略显紧张，这对国家的战略布局无疑是一个不小的隐患。
