1、 天津大学硕士学位论文电喷汽油机不同燃料冷起动及冷态循环燃烧及排放特性研究姓名：宋玺娟申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：胡春明20070601瑃 衋 独 创性 声 明学位 论 文作者签 名：泉玺蝎签 字日 期：学位 论 文版权使 用 授 权书本 学位 论 文作者完全 了 解 盘 鲞 态 堂 有 关保 留、使 用 学位 论 文的 规 定 。索 ， 并 采 用 影 印 、 缩印 或 扫 描等 复 制 手 段 保 存 、 汇 编 以供查 阅 和 借 阅 。 同 意学 校向 国 家 有 关 部门或 机 构 送 交论 文 的 复 印 件 和 磁 盘 。 艿 难 宦 畚脑诮 饷 芎 笫视帽
2、臼谌得绪 论车 工 业 预 计将 保 持 每年两位 数 的增 长速度 ， 到 年， 中 国汽 车 总产 量 将 达 到主 要 代 用 燃 料 与汽 油 、 柴油 特性参数 比较 当 量空燃 比沸 点， 第 一章绪 沦是 近 年 来 开发的 一种 极有 发展前 途 的 柴 油 机机 的 性 能和排放有 了 不同程度 的 改 善 ，柴 油 机 的 冷 起动 性 能和小负 荷的 稳定 性 有实 现柴 油 机 高效 、超 低 排放和柔 和燃烧 ； 与 传 统柴 油 机 相 比 ，燃烧 噪 声 可降 低煤 油 作 为石油 类燃料 ，人类使 用 已 有 久长 时 间 ，其 广泛 应 用 于军用 、民用 的
3、各 个 领 域 。煤 油和 煤 气 一样 是世 界 照 明的 主要 资源 ，主要 用于点灯冀 明，各 种 喷灯、汽 灯、汽 化 炉和 煤 油炉灯的 燃料 ，也 可用 作机 械零 件 的 洗 涤剂 、橡胶 和 制 药工 业 溶剂 、油墨稀释 剂 、有 机 化 工 裂 解 原 料 、玻 璃 陶瓷工 业 、铝 板 辗 扎、金属 表面化 学 热 处理 灯工 艺 用油。航 空煤 油则主要 用作喷气 式 发 动机 燃料 ，目前 大型 客机 均 使用 航 空煤 油。航 空煤 油，是由直 馏 馏 分 、加氢 裂 化 和 加氢 精 制 等组 分 及 必要 的 添加剂 调 和而 成 的 一种 透 明液 体 ，成
4、分 主要 由不 同 馏 分 的 烃 类 化 合物组 成 。分 子 式 为为 ，只 不 过 航 空煤 油更 纯 ，差 值含量 微 乎 其 微 。我国 生产 的 航 空煤 油静 热 值每 公斤 不 小 于罂芏 炔坏 陀 。冰 点不得 高于 一一 。作为 火花 点火式 发 动机 的 摩 托 车汽 油机 有 害 排 放物主要 来 自燃烧 过 程 产 生第 一章 排 放 主 要 来源于 缸壁 淬冷 导致 的 未 燃混 合 气或 燃料不 完 全燃烧 中 间产物 。 燃烧 火 焰受 缸壁 激 冷 作用 而被 冷 却 ， 使燃烧 过 程中 连锁化 学 反 应 中 断 ， 从 而产生 大 量 未 燃混 合 气
5、。 而混 合 气浓 度 过 浓 或 过 稀 均 会 产生 不 完 全燃烧 中 间产物 ， 特 别 是 过 稀 混 合 气使火 焰传 播 不 良 ， 容 易造 成 “失 火 ”而排 出 大 量 未 燃 成 份 。中 一氧 化 碳 浓 度 高 时， 则血 红素 与一氧 化 碳 结 合 成 一氧 化 碳 血 红素 ，而不 和 氧 结 合 成 氧 血 红素 ， 影响 血 红素 运送 氧 气的 功能， 迫 使血 液 中 含氧 量 降 低 。 而且 会 影响 心 脏 血 管 系 统 和 中 枢 神 经系 统 ， 并易使心 脏 血 管 疾 病 加重、恶 化 ， 以 及 神 经及 肺部 系 统 受 影响 、
6、运动 功能受 损 。 对 于 有 心 脏 病 患 者 ， 一氧 化碳 会 使其 产生 胸痛 。症状感 觉不 适 、 神 经系 统 机 能降 低头 痛 、 晕 眩 、 呕吐第 一章绪 论 Q 趸 中 国 各 种 车 型 测试工 况下的 排放因 子 【 】咖咖第 一章绪 论排 放 蝛 二 冲 程 四 冲 程 二 冲 程， 四 冲 程 国热热热热冷 摩托车注 ： 狤 幕 先 J嫉 怠速 时 间 。第 一章绪 论台二 冲 程 四 冲 程热冷起动二 冲 程 四 冲 程 摩 托 车 欧 摩 托 车 欧 注 ： 狤 幕 先 J嫉 怠速 时 间第 一章汽 油机冷 起 动排 放研究 的意 义汽 油机冷 起 动的
7、 过 程尽 管 很 短 ，却 是 发动机燃 烧 性能 最 为 恶 劣 的 阶 段 。在排从 目前可 以 查 阅 的 资料来看 ，对 于 冷 起 动研究 的 不 多，有些 相 关 的 研究 ，如第 一章绪沦的 研究 之一。清华 大 学 程勇 、王 建 听 等对 汽 油机冷 起 动及暖 机过 程中 燃烧 及第 一章绪 论 论文 研 究 内 容和选题意 义电喷 发动机快 速燃烧系 统 。 研 制电控高 能双 火 花 塞 快 速燃烧系 统 。多通 道 电控汽 油机瞬 态燃烧分析 系 统 。 该 系 统 可 以 对发动机的运 行工 况 参 数 、 排 放等 进 行 实时采 集、 图 形 化 显示， 实现
8、 了 在 现 调 整电控发动机的控制参 数 ， 提 高 了 试验 精 度 和试验 效 率 ， 同时可 以 实时采 集发动机燃烧压 力 数 据 进 行 示功 图 分析 ， 为 深入的发动机基础 性研 究 提 供 了 有 力 的手段 。第 二章 电 喷艇功 机 快速 燃 烧 系 统 的 设 训第 二章 电 喷发动 机 快速 燃 烧 系 统 的 设 计 灞 器屯 喷发动 机 快速 燃 烧 系 统 的 设 口 ，内 置 环直 媛 实 腁 淙 胪 溃 模 块 和 隹 膳渲 枚 逼 鳌 。 图 图 模 拟量 输入 调 理 模如 图 电 路测 量 ，其 后 经 过 滤 波、 放 大 和整 形 等处理 后 ，
9、经 单 片 机 内 置 的 痮转 换 模 块 ，得到 与 其 氧传 感 器 信 号只输出 信 号； 曲 轴 转 角 信 号 叫 藕 为一 上 升沿 脉 冲 ，为数 字 量 信 号，其构。 功 率驱 动 模 块 具有 以 下 特点 ： 输入 信 号为单 片 机 输出的 、 低 电 流 控制 信 号 极晶 体管 驱 动 执 行 器 ，其 中 包括火花塞、 喷油 器 、 油 泵、故 障 诊断 灯及 氧传 感 器 加第 二章机 由 此实现 对 作 的 实时监 控和 进 行 在 线 参 数 标 定 。刻 的 时序及相 位 计算 及输出 。 接口 层包 括 疧 的 读写 以 及定 时器 的 设 置 等。
10、图 所示为控制 系 统 的 基本 程 序流 程 ，控制 程 序对 发动 机 的 各 种 工 况 信 号 进 行 判断 和 处理 ，确 定 当 前 工 况 ，输出 控制 信 号 。电 喷 发动 机 快 速 燃 烧 系 统 的 设 线 上 一位 一位 进 行 传输 ， 每 一位 数信方式 需较 少数据 线 ， 在远程 通 信 馹一嚣 舞， 籸 琹 琹 琹 筶互 享 碍电 喷 发动 机 快 速 燃 烧 系 统 简 图第 二章 喷 艇动 机 捷速 燃 烧 系 统 的 设成部 分 ：般 火 花 搴 燃 烧 室和 可变 能 蹙 岛能 点 火 系 统发动 机 缸 头结 构的 限 制 ， 设计 中 采 用 了
11、 以 发动 机 中 心轴的 对 称 布 置 ， 如图 所 示 为 双 火 花 塞 燃 烧 室 样 品 。由 于双 火 花 塞 的 安 装 位 誊基 本 对 称 易 于研 究 发动 机燃 烧 过程 中 燃 料 燃 烧 速 率 的 变 化 规 律。新火 花 塞 的安 装 位 置 要考 虑 旋动 机 气缸 头 的 强度 和 热 应力 的 要求， 与 发动 机 的 气门驱 动 机 构不 能 出 现干涉 ， 以 及机油密 封性等 方 面 的 技 术 问 题。摩 托车汽油机 常见 豹数 字 点 火 系 统 主 要包 括蓄电 池 电 感放电 式 点 火 系 统 、 磁 电 机 电 容 放电 式 点火 系 统
12、 及蓄电 池 电 容 放电 式 点 火 系 统 器蓄电 池 、 点 火 线圈、 火 花 塞 、 驱 动 电 路 及微 控 制 器电 喷 发动 机 快 速 燃 烧 系 统 的 设 计组 成。通 ， 初 级 线圈中 电 流 被 切 断 ， 磁 场 迅 速 消 失 而 产 生 自 感电 动 势 ， 次级 线圈产 生 高 压，硬 件 结 构磁 电 机 将 电 能 储存 在电 容 器 中 ，当 微 控 制 器 输出 端刂 芃 管导 通 时 ， 电 容 器 向 点 火 线圈初 级 绕 组放电 ， 从 而 在次级 绕 组 感应出 高 电压， 使 火 花 塞 产 生 电 火 花 。图 电 容 点 火 系 统
13、电 路 图结 构简 单等 特 点 ， 磁 电 机 电 容 放电 式 点 火 系 统 被 多 数 摩 托车汽油产 生电 火 花 。充 电 线圈的 充 电 电 压受 发动 机转速 的 影 响 。经试 验证 明 ， 该 系 统 在低 转速电 喷 发动 机 快 速 燃 烧 系 统 的 设 一一砝翩 灰 籡 龋”厂 整 流 桥、 驱 动 电 路 、 高 能 点 火 线圈及火 花 塞 等 组 成。工 作原 理高 能 点 火 线圈是在原 有 线圈的 基 础 上， 增 加初 级 与 次级 的 匝数 比 ， 从 而 提 高 次圈司 燹 能 量 鬲能 点 火 系 统 电 路 图第 二章 电 喷发动 机 试验 测
14、试系 统第 三章 电 喷发动 机 试验 测 试系 统一髫 堂转弘 笤 聖 喷 一 傩 汽油 台 集 试蕞 黼 圈 ； 台 槊 试系 统 筒 田电 控 汽油机 瞬 态 燃 烧 分 析 系 统 的硬 件系 统 主 要由 高 速电 喷 发动 机 试 验 测 试 系 统集 到 的数 据 接近 真 值的程度 。 多通 道数 据 采集 可 实 现 多参 数 的同时 采样。数 据 采集 卡一 般有 外 触 发外 时 钟 采样、 内 时 钟 采样和 单 步 采样等 三 种 工 作 模式 。 为 了 采集 信号 的更 准确 、 更 精 确 ， 本 系 统 采用 了 两 块 高 能数 据 采集 卡， 一 块 采 样频 率： 最高 采样频 率， 最小 采样频 率；疍分 辨 率分 线 性 误差： 畲；转 换 时 间 ： 字 深度 存 储 器保证数 据 的完整 性 ；通 道单 端 模 拟 输 入 或 路双 端 模 拟 输 入 ；
