冷却废气对小型强化直喷汽油机抗爆性及排放特性影响规律的研究

提出在当量比燃烧小型强化直喷汽油机上，利用外部冷却EGR抑制爆震，通过高压缩比和消除燃料过度加浓的协同作用，大幅降低全负荷下的燃油消耗、降低最高排气温度，减少NOx排放并延长三效催化器寿命。研究内容有：在光学发动机上采用PLIF等激光诊断技术，研究不同外部冷却EGR控制策略对缸内再循环废气浓度、温度分布的影响规律；通过对废气冷却程度的控制，研究废气中CO2含量降低NOx排放和燃油经济性的规律；利用隔次着火和在进气中加NO的方法，研究大EGR率下缸内NO影响增压直喷汽油机爆震的规律；运用三维数值模拟与Chemkin耦合的方法建立NO影响汽油机爆震过程的简化化学反应动力学方程。另外，在一台增压汽油直喷试验机上进行废气控制策略和冷却程度等对燃烧和排放影响规律的试验研究。本研究将丰富增压直喷汽油机爆震控制理论，为改善高功率密度汽油机的燃油经济性及排放特性提供理论指导和实施方案，具有重要的学术意义。

目前爆震已经成为提升小型强化直喷汽油机性能的重要技术障碍。冷却废气对提高小型强化直喷汽油机的抗爆性具有显著的作用，可明显降低氮氧化物和颗粒物排放。.在一台涡轮增压直喷汽油机台架上，研究了废气稀释结合可变滚流比对直喷汽油机部分负荷工况燃烧和排放特性的影响，以及废气稀释结合含醇汽油对直喷汽油机全负荷工况爆震特性、燃烧和排放特性的影响。试验结果表明，引入冷却废气和提高滚流比可明显改善燃油经济性。提高滚流比可促进废气稀释氛围下的火焰传播，缩短燃烧持续期，降低循环波动，拓展EGR率界限，有利于在缸内形成更均质的混合气，减少过浓区域，降低CO排放。引入冷却废气并提高滚流比后，NOx排放大大降低，HC排放略微增加。乙醇或正丁醇的添加均可在一定程度上加快废气稀释氛围下的燃烧。掺混乙醇和引入EGR均可提高汽油机的抗爆性；掺混丁醇导致抗爆性变差，可通过引入EGR的方式降低丁醇汽油混合燃料的爆震程度，使其接近甚至低于汽油且无EGR工况点的爆震程度。随着EGR率的增加，峰值粒径逐渐减小，峰值数浓度逐渐降低，核态颗粒物数浓度占总颗粒物数浓度的比例增加，积聚态颗粒物数浓度的比例降低。在同等EGR率下，随着含醇量的增加，峰值粒径逐渐减小，峰值数浓度逐渐降低。由于乙醇的含氧量比正丁醇的高，在同等含醇量下，乙醇汽油混合燃料降低颗粒物排放的效果比正丁醇汽油混合燃料的更明显。.针对内燃机工作循环中气流全路径开展系统的研究。进气方面，提出了变压差气道测试方法，建立了气道测试、评价及开发的完备理论及技术体系，实现了气道在线检测的重大突破。气道成果经鉴定认为：“取得了重大的理论突破和技术创新，综合性能达到国际同类产品的领先水平”。第1完成人获天津市技术发明一等奖、中国机械工业科学技术一等奖和中国专利优秀奖；主要完成人获教育部科技进步一等奖和天津市技术发明一等奖；主持制定行业标准1项。入选教育部新世纪优秀人才支持计划，获天津青年科技奖和中国内燃机学会史绍熙人才奖。发表SCI检索论文6篇，EI检索论文2篇，授权发明专利2项。培养博士生6名，硕士生4名，已毕业硕士5名。