内燃机燃烧与排放控制研究计划
内燃机燃烧与排放控制研究计划
一、研究背景
汽车从发明到今天已经一个多世纪了。在现代社会，汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。汽车在为人们造福的同时，也带来大气污染、噪声和交通安全等一系列问题。2013年伊始，全国多地遭遇雾霾天气，北京更是连续6日深陷其中，PM2.5浓度指数多次“爆表”。
从1993年开始，我国已成为石油净进口国。2012年，我国进口原油2.85亿吨，对外依存度达到了58.7%。通行观点认为，石油进口依存度超过50%，就说明该国已进入能源预警期。日前，环保部发布了《2012年中国机动车污染防治年报》，公布2011年全国机动车污染排放状况。年报显示，我国已连续三年成为世界机动车产销第一大国，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。机动车排放的污染物主要包含四项：氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳。2011年，全国机动车四项污染物排放4607.9万吨，比2010年增加3.5%，而汽车的排放量占到了机动车排放总量的84.7%。其中，汽车对CO、HC的贡献比例分别达到了80.6%、76.9%，而对NOx、PM的贡献比例则高达90.4%和94.9%。
二、研究计划的目的
针对现在绝大部分机动车都是汽油机或者柴油机，所以改善内燃机的燃烧过程和控制废气的排放对如今石油资源的不断匮乏和环境问题日益恶化有很大的帮助。第一，石油资源是不可再生资源，用完了就没有了，所以通过改善燃烧过程，优化燃烧路径，已达到减少燃油消耗。提高燃油经济性，相对的减少了燃油的消耗量。第二，通过污染物的排放，尽可能的减少污染，达到国际先进的排放标准。将汽车排放废气污染降至最低，还一个健康的大气环境给我们。
三、研究内容及拟采取的技术路线与设计方案
本研究计划主要研究内燃机的燃烧过程和对排放的控制。通过对内燃机燃料的选择，进气管道的设计，气缸的结构参数（燃烧室的形状，压缩比等）设计，适应各工况的燃油喷射时刻正时，对氧传感器和三效催化转换器的闭环控制的优化设计等一系列措施来优化燃烧过程，降低燃油消耗率，降低排放。
拟采取的技术路线：分析现状——了解基本构成及原理——分析国内外现有的先进技术——总结并分析其优缺点——不断完善与发展
四、研究基础
1、已经具有的条件
（1）具备汽车构造、汽车电器，发动机原理，内燃机学，材料力学等方面的基本知识
（2）具有发现问题、分析问题、解决问题的能力
（3）国内外关于燃烧过程优化及排放控制研究资料和实验结论
2、未具有的条件及提出的解决方案
（1）未具有的条件：研究所需的各种装置及仪器以及相关知识不够完全
（2）解决方案：首先通过查找各种资料对燃烧过程及控制排放进行充分的了解。努力学习相关方面的基础知识，为研究计划打下扎实的基础。学习当前这方面的先进技术以及发展趋势，不断提示自己的综合能力，强化专业知识。加强与导师沟通，与同学商讨，共同寻找解决方案。
五、参考文献
【1】周龙保，刘忠长，高宗英.内燃机学.机械工业出版社.2010.8
【2】张志沛.汽车发动机原理.人民交通出版社.2011.7
【3】杨连生.内燃机设计.中国农业机械出版社.1981
【4】蒋德明.内燃机燃烧与排放学.西安交通大学出版社.2001
【5】何学良.内燃机燃烧.中国石化出版社.2002
【6】史绍熙.清洁燃烧.湖南科技技术出版社.1997
第五章 内燃机的燃烧
第五章 内燃机混合气的形成和燃烧 5．1内燃机缸内的气体流动 缸内气流运动对混合气形成和燃烧过程的影响，从而影响动力性、经济性、燃烧噪声、排放等。 一、涡流 在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动，称为进气涡流。主要由进气道形状和发动机转速决定。 产生方法：1、带导气屏的进气门；2、切向气道；3、螺旋气道。 评价方法：气道稳流试验台；Ricardo 方法； 流量系数：定义为流过气门座的实际空气流量与理论空气流量比0F Q C Av = 涡流强度：叶片风速仪或涡流动量计。 流体计算软件（CFD ）；激光测量方法。 二、滚流 在进气过程中形成的绕气缸轴线垂直线旋转的有组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流。 作用：增强压缩末期的湍流强度和湍流动能。 是汽油机实现稀薄燃烧的重要手段，四气门蓬顶形燃烧室汽油机。 斜轴涡流：既有绕气缸轴线旋转的横向分量，也有绕气缸轴线垂直线旋转的纵向分量。 三、挤流 在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤流。增强燃烧室内的湍流强度。 四 湍流 在气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流，是一种不定常气流运动。分为：气流流过固体表面时产生的壁面湍流和同一流体不同流速层之间产生的自由湍流。 ()()U t U u t =+ 五、热力混合 在旋转气流中火焰向燃烧室中心运动，又将中心部分的新鲜空气挤向外壁，促进空气与未燃燃料混合的作用称为热力混合作用。 5.2 点燃式内燃机的燃烧 一、预混燃烧与扩散燃烧的概念 在燃烧过程中，如果混合过程比燃烧反应要快得多或者在火焰到达之前燃料与空气已充分混合，这种可燃混合气的燃烧为预混燃烧。主要包括汽油机和气体燃料发动机。 柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的情况下，由于混合过程比反应速率慢，燃烧速率由混合过程控制，这就是扩散燃烧。 二、点火过程：
第八章 内燃机污染物的生成与控制
第八章内燃机污染物的生成与控制第一节概述一、完全燃烧：水蒸气、二氧化碳 二氧化碳（CO2）是温室气体 二、有害排放物的产生 实际燃烧过程：时间极短 燃料与空气混合不可能完全均匀 特殊工况：冷起动、怠速、全负荷等三、有害排放物的种类 一氧化碳（CO） 碳氢化合物（HC） 氮氧化物（NO x） 微粒PM 第二节污染物的生成机理和影响因素 一、一氧化碳 是HC燃料在燃烧过程中生成的主要中间产物，如果氧浓度、温度足够高，化学反应时间足够长，可氧化为二氧化碳 主要因素：可燃混合气的过量空气系数 点燃式发动机：各缸空燃比的变动，怠速运转，全负荷，小型单缸点燃机压燃式发动机：燃料和空气混合不均匀 接近冒烟极限或负荷很小时，排放上升明显，局部缺氧严重二、碳氢化合物 1、点燃式发动机 （1）排气：未完全燃烧；二冲程 （2）曲轴箱窜气 （3）蒸发 生成机理 （1）壁面淬熄；（2）狭隙效应；（3）润滑油膜的吸附和解吸；（4）燃烧室沉积物2、柴油机
燃油喷注与周围空气形成的混合气很不均匀 喷注的核心：不会引起很多HC排放 喷注的外围：来不及着火形成稀混合气 怠速或小负荷运转时HC排放高 冷起动时会导致严重的HC排放：喷油与壁面的碰撞 三、氮氧化物NOx 主要来源：参与燃烧的空气中的氮，Zeldovitch机理；一小部分“燃油NO”NO的生成随温度的升高而呈指数函数急剧增加 已燃气中NO2与NO相比可以忽略不计点燃式内燃机： 过量空气系数：影响燃烧温度和氧含量 点火正时：推迟点火 排气再循环 负荷 压燃式内燃机：气缸内达到的最高燃烧温度是决定NOx的最重要因素NOx排放随柴油机负荷增大而显著增加 NOx排放随转速的具体变化与燃烧系统特性有密切关系 喷油正时对柴油机燃烧过程有很大影响：推迟喷油降低NOx排放四、微粒 柴油机的微粒（Particulate Matter，PM）排放量比汽油机大几十倍 轿车、轻型车：0.1～1.0g/km 重型车：0.1～1.0g/(kW·h)柴油机PM的组成取决于运转工况，尤其是排气温度 超过约5000C时，碳烟（Dry Soot） 温度较低时，有机可溶成分（SOF）柴油机排气中的碳烟主要是由柴油中含有的碳产生，生成条件是高温和缺氧 混合气成分不均匀，总体富氧，局部缺氧
内燃机工作过程
内燃机工作过程的研究方法 摘要： 关键词： 1引言 内燃机是将燃料的化学能转换为机械能，且不断连续运转的机械装置。内燃机的工作过程实质上是 连续复杂的热力循环过程，大致分为三个过程：燃烧放热过程，缸内工质流动及热交换过程，进排 气系统热力学和气体动力学过程。研究内燃机工作过程的目的在于在保证内燃机正常工作的条件下， 如何提高内燃机的热效率，发出最大的功率，同时降低内燃机的油耗和低的污染物排放。因此评价 内燃机的性能指标，主要针对动力性和经济性提出，如平均指示压力、指示热效率、指示燃油热效 率等。上述三个过程都将影响到内燃机的各性能指标，而内燃机工作过程的复杂性增加了研究的难 度，也使得研究方法多样。本文将主要讨论内燃机工作过程的研究方法、所用试验仪器及测试原理、 仪器的使用条件等。 2燃烧模拟装置 内燃机工作过程研究最多属燃烧放热过程，燃烧的好坏直接关系到内燃机的效率、排放等；燃 烧过程也是最复杂的，受到各种边界条件的影响；针对不同边界条件对燃烧性能的影响，试验仪器 主要在定容燃烧弹、快速压缩机、单缸试验机及激波管等。各种测试和数据采集设备也随着相关科 学的发展而日新月异，研究领域也向着数字化、微观化、可视化的方向深入发展。 2.1定容燃烧装置 定容燃烧弹(简称容弹)主要模拟活塞在上止点附近时燃烧室中的燃烧，其特点是结构简单，能够 方便地改变热力参数(包括燃空比、残余废气系数、压力和温度)、湍流参数以及点火参数(火花塞位 置、电极间隙与点火能量)。研究这些参数中单一参数的变化对燃烧过程的影响，因而成为内燃机燃 烧理论基础研究中重要的工具和试验平台[5] [6]。根据试验目的不同，定容燃烧弹的结构形式多种多 样。 2.1.1可变湍流参数的定容燃烧弹 西安交大研制的定容燃烧弹通过带有通孔的板(简称孔板)的快速平动改变燃烧弹内混合气的湍流参数，研究不同湍流强度、尺度对燃烧性能的影响。图1为此燃烧测试系统的试验装置图，它包括定容燃烧弹湍流发生系统、混合气配制系统、点火系统、燃烧压力测量系统、纹影与高速摄影系统以及时序控制系统共7个子系统[7]。 图1 试验装置图
发动机燃烧新技术
发动机燃烧新技术——Hcci 发动机均质充量压缩着火HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧是一种全新的燃烧方式。是将燃料、空气及再循环燃烧产物所形成的预混合气被活塞压缩，自燃、着火、做功的过程。 一、HCCI燃烧方式概述 HCCI是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行着火燃烧的方式。随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，因而，只生成极少的NOx和微粒（PM），在低负荷时具有很高的热效率。HCCI发动机主要具有以下几个特点： 1．超低的NOx和PM排放。 2．燃烧热效率高。HCCI发动机的热效率甚至超过了直喷式柴油机。 3．HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制。 4．HCCI发动机运行范围较窄，HCCI发动机燃烧受到失火（混合气过稀）和爆燃（混合气过浓）的限制，使发动机运行范围变窄。对于高十六烷值燃料，由于HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下（混合气浓度大）易发生爆
震；对于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃烧为稀薄燃烧，发动机在小负荷工况下容易失火。 5．HCCI发动机HC、CO排放偏高。这主要是由于HCCI 燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EGR，因缸内温度较低造成的。 二、柴油机HCCI燃烧的特点 实现柴油机HCCI燃烧要面临两方面的困难：一是柴油粘度大，挥发性差，难以形成均质混合气；二是柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反应，均质混合气的燃烧速度控制困难，易造成粗暴燃烧。 柴油HCCI的燃烧放热表现出特别的两个阶段。第一阶段（放热曲线上较小的峰值）与低温化学动力学有关（冷焰或蓝焰）；第二阶段（放热曲线上较大的峰值）是主燃烧期；第一阶段是第二阶段的焰前反应，焰前反应放出的热量加热了余下的充量，同时余下的充量继续被压缩，经历短时间的延迟后，余下的充量达到着火条件，几乎同时着火，使放热率迅速升高，表现在放热曲线上出现大的峰值。 因此，HCCI燃烧速度较快，燃烧始点和放热率对压缩过程中充量的温度、压力等很敏感，控制起来很困难。如果HCCI燃烧控制得较好，则可在拓宽的大空燃比范围内进行高效稳定的燃烧，循环波动压力小，工作柔和。
全新的内燃机燃烧概念
全新的内燃机燃烧概念--HCCI 人们长期以来试图突破采用压缩点燃和火花点燃这两种传统燃烧概 念的局限性，于是提出了一种全新的内燃机燃烧概念：HCCI。 两种传统燃烧概念局限性分析 压缩点燃式燃烧概念（用于柴油机）与火花点燃式燃烧概念（用于汽油机）相比，最大的特点在于所使用的燃油特性不同。由此造成两者在以下各方面都有差别，如：燃油引燃方法、燃烧方式、混合气空气/燃油比、扭矩调节方式、泵气损失、压缩比、燃烧剧烈程度、燃油经济性、有害物质排放和振动、噪声不同等等。 出于对汽车排放的有害物质的毒害作用、二氧化碳的温室效应和氮氧化物形成酸雨的关注，人们对高效能、低污染的动力源的需求与日俱增。空气/燃油比精确控制、带三效催化转化器的汽油机（火花点燃式发动机）正在成为非常清洁的动力源。但是，由于节气损失、爆震和稀燃极限的缘故，这类发动机在热效率方面有很大的局限性。近年来许多研究者正在努力研究和开发没有节气损失的汽油机，试图大幅度提高汽油机的热效率，并且已经取得了一些可喜的成果，非常可能在这方面出现重大的突破。但是目前推广这些成果至少还涉及成本等一系列问题。另一种常见的动力源是直喷式柴油机（压缩点燃式发动机），这是一种效率很高的发动机，其温室气体CO2和有害气体HC、
CO的排放都比汽油机低。但由于它的扩散燃烧和燃烧产生的局部高温这样一些燃烧特点，很难遏制氮氧化物和炭烟（包括微粒物）的生成，并且还存在氮氧化物和微粒物排放控制目标之间相互冲突的问题。为了避免扩散燃烧和降低局部的燃烧温度，必须促进燃油和空气的混合。从这个观点出发，许多研究者研究了预混合的压缩点燃燃烧，即HCCI。 HCCI及其重要意义 HCCI是英文“Homogeneous Charge Compression Ignition”的缩写，中文意思是“均质充量压缩点燃”。单从名称来看，似乎只是一种点燃方式。实际上，这是一种全新的内燃机燃烧概念，既不同于柴油机（非均质充量压缩点燃），又不同于汽油机（均质充量火花点燃），是一种火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机概念的混合体。其特点是： 1．采用均质混合气。空气和燃油在HCCI发动机的进气系统中预混合，形成均质的空气/燃油混合气，然后吸入气缸进行压缩。也有燃油直接喷入气缸、在气缸内与空气进行预混合的。 2．采用压缩点燃。在压缩冲程中，混合气温度升高，达到自燃温度而自燃；也就是说，不需要任何点火系统。 3．采用比火花点燃式发动机高得多的压缩比，且允许压缩比在一个广阔的范围内变动。
内燃机燃烧原理
Introduction to Combustion Chemistry The gasoline-powered internal combustion engine takes air from the atmosphere and gasoline, a hydrocarbon fuel, and through the process of combustion releases the chemical energy stored in the fuel. Of the total energy released by the combustion process, about 20% is used to propel the vehicle, the remaining 80% is lost to friction, aerodynamic drag, accessory operation, or simply wasted as heat transferred to the cooling system. Modern gasoline engines are very efficient compared to predecessors of the late '60s and early '70s when emissions control and fuel economy were first becoming a major concern of automotive engineers. Generally speaking, the more efficient an engine becomes, the lower the exhaust emissions from the tailpipe. However, as clean as engines operate today, exhaust emission standards continually tighten. The technology to achieve these ever-tightening emissions targets has led to the advanced closed loop engine control systems used on today's Toyota vehicles. With these advances in technology comes the increased emphasis on maintenance, and when the engine and emission control systems fail to operate as designed, diagnosis and repair. Understanding the Combustion Process To understand how to diagnose and repair the emissions control system, one must first have a working knowledge of the basic combustion chemistry which takes place within the engine. That is the purpose of this section of the program. The gasoline burned in an engine contains many chemicals, however, it is primarily made up of hydrocarbons (also referred to as HC. Hydrocarbons are chemical compounds made up of hydrogen atoms which chemically bond with carbon atoms. There are many different types of hydrocarbon compounds found in gasoline, depending on the number of hydrogen and carbon atoms present, and the way that these atoms are bonded. Inside an engine, the hydrocarbons in gasoline will not burn unless they are mixed with air. This is where the chemistry of combustion begins. Air is composed of approximately 21% oxygen (02), 78% nitrogen (N2), and minute amounts of other inert gasses.
内燃机期中试题
内燃机期中试题 （把答案写在答题纸上） 一、选择题（每题1分，共36分） 1．汽油机在中等负荷运行时，为获得最佳的燃油经济性，空燃比约为（B）。A．13～14 B．14～15 C．15～16 D．16～17 2．可变进气歧管在发动机低速运转时，使进气量（D）。 A．为0 B．不变 C．减少 D．增多 3．气门重叠发生在换气过程的哪个阶段？（D）。 A．自由排气 B．强制排气 C．进气过程 D．燃烧室扫气 4．车用增压柴油机可以明显改善以下哪项的经济性能？（D）。 A．怠速区 B．中负荷区 C．低负荷区 D．高负荷区 5．进气管、气缸、排气管连通，是发生在发动机换气过程的哪个阶段？（D）。A．自由排气 B．强制排气 C．进气过程 D．燃烧室扫气 6．柴油机的初始燃烧属于（A）。 A．扩散燃烧 B．预混合燃烧 C．压力着火燃烧 D．同时爆炸燃烧7．柴油的自燃点越低，柴油机低温起动时（A ）。 A．越容易 B．越困难 C．没有变化 D．无法判定难易 8．为避免柴油机出现不正常喷射现象，应尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低（B）。 A．喷油速率 B．压力波动 C．高压油管内径 D．针阀开启压力9．提高柴油机喷油压力的主要作用是优化（A）。 A．喷油速率 B．喷油流量 C．喷油规律 D．供油规律 10．表示汽油机抗爆性的是（A ）。 A．辛烷值 B．抗爆性 C．铅含量 D．硫含量 11．预混合燃烧的典型例子是内燃机的（C）。 A．扩散燃烧 B．压力燃烧 C．点火燃烧 D．初始燃烧 12．柴油机燃油喷射优化的一个重要方面是提高（B）。 A．供油压力 B．喷油压力 C．喷油速率 D．喷油流量
内燃机燃烧与排放控制研究计划
内燃机燃烧与排放控制研究计划 一、研究背景 汽车从发明到今天已经一个多世纪了。在现代社会，汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。汽车在为人们造福的同时，也带来大气污染、噪声和交通安全等一系列问题。2013年伊始，全国多地遭遇雾霾天气，北京更是连续6日深陷其中，PM2.5浓度指数多次“爆表”。 从1993年开始，我国已成为石油净进口国。2012年，我国进口原油2.85亿吨，对外依存度达到了58.7%。通行观点认为，石油进口依存度超过50%，就说明该国已进入能源预警期。日前，环保部发布了《2012年中国机动车污染防治年报》，公布2011年全国机动车污染排放状况。年报显示，我国已连续三年成为世界机动车产销第一大国，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。机动车排放的污染物主要包含四项：氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳。2011年，全国机动车四项污染物排放4607.9万吨，比2010年增加3.5%，而汽车的排放量占到了机动车排放总量的84.7%。其中，汽车对CO、HC的贡献比例分别达到了80.6%、76.9%，而对NOx、PM的贡献比例则高达90.4%和94.9%。 二、研究计划的目的 针对现在绝大部分机动车都是汽油机或者柴油机，所以改善内燃机的燃烧过程和控制废气的排放对如今石油资源的不断匮乏和环境问题日益恶化有很大的帮助。第一，石油资源是不可再生资源，用完了就没有了，所以通过改善燃烧过程，优化燃烧路径，已达到减少燃油消耗。提高燃油经济性，相对的减少了燃油的消耗量。第二，通过污染物的排放，尽可能的减少污染，达到国际先进的排放标准。将汽车排放废气污染降至最低，还一个健康的大气环境给我们。 三、研究内容及拟采取的技术路线与设计方案 本研究计划主要研究内燃机的燃烧过程和对排放的控制。通过对内燃机燃料的选择，进气管道的设计，气缸的结构参数（燃烧室的形状，压缩比等）设计，适应各工况的燃油喷射时刻正时，对氧传感器和三效催化转换器的闭环控制的优化设计等一系列措施来优化燃烧过程，降低燃油消耗率，降低排放。
富氧燃烧技术在内燃机中的应用
能源研究与信息 第16卷第2期 Energy Research and Information Vol. 16 No. 2 2000 收稿日期
能源研究与信息 2000年 第16卷 ５４ 了以聚丙烯腈膜氦的专利申请 膜法分离气体的基本原理 通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的气体分离膜一般分为多孔膜 下面就这三种膜的典型分离机制做一简单介绍同时其空隙率要大多孔膜分离气体的原理主要以Knudsen 理论为基础 其动能为 2222112 121v m v m = 式中m 2为分子的质量v 2为分子的平均速度 其平均速度也不同 1.2 均质膜（非多孔膜） 与多孔膜相比均质膜不论是无机材料还是高分子材料都具有渗透性 耐压及抗化学侵蚀的扩散机理进行的 气体向膜的表面溶解（溶解过程） 因气体溶解产生的浓度梯度使气体在膜中向前扩散（扩散过程 气体由膜另一面脱附出去分压不同 从而达到分离气体的目的均质膜的高分离系数可以制备较高浓度的所需气体 多孔膜虽然具 有很高的渗透能力如果需要较高浓度的气体非对称膜是一种性能介于上述两种膜之间的气体分离膜气体分离过程就是在这一致密膜层中发生的即 溶解的气体通过聚合物表层的扩散 通过表层下部微孔过渡区的Knudsen 流动 通过多孔底层的Poisenille 流动从中可以看出而且非对称膜中均质层的厚度越薄
第2期 朱序和 气体系统的特性常数 压力 由以上 可见就必须减小 膜的厚度分离系数λ是表示气体分离膜分离混合气中各组分能力的重要指标假设膜供给侧混合气的组分 A W B B 的摩尔浓度分别为Y A 则该膜的分离系数定义为 B B A A B A B A Y W W Y W W Y Y A B ??==λ 表1 醋酸纤维非对称膜与均质膜渗透系数的比较（22 ） 均质醋酸纤维膜的渗透系数 910?×P 非对称醋酸纤维膜的渗透速率 J 0.19 0.71 Ar 0.032 0.11 0.37 CH 4 0.014 0.07 0.34 N 2 0.014 0.06 0.31 C 3H 8 <0.0001 0.03 0.19 *均质层0.5 μm; **均质层0.13 μm ?à2éó? ??óD?ú1è??íé±í2 A
内燃机燃烧放热分析计算及其与燃烧分析仪的嵌入集成
1绪论 1.1课题背景及意义 1.2国内外研究现状 1.3本文研究内容 2燃烧分析的数据采集、信号分析的原理与方法2.1燃烧分析数据采集方法 2.1.1示功图的概念及用途 2.1.2气缸压力测量方法 2.1.3压力测量精度的主要影响因素及修正方法2.2气缸压力数据预处理 2.3燃烧放热计算原理 2.3.1燃烧放热计算的假设条件 2.3.2基本微分方程 2.3.3燃烧放热率计算步骤 3燃烧放热计算程序 3.1内燃机燃烧放热计算的需求分析 3.2程序设计平台的选择 3.3程序结构和流程 3.4程序的数据结构及变量说明 3.5输出量 3.6图形化界面 4燃烧放热计算结果分析 4.1实验条件 4.2计算结果 4.3误差分析 4.4敏感参数分析 4.5 MA TLAB与FORTRAN计算结果的对比 5与燃烧分析仪的嵌入集成的研究 5.1硬件系统 5.2 LabView简介 5.3算法与燃烧分析仪的嵌入集成 6结论与展望 6.1全文总结 6.2展望
1.1课题背景及意义 近年来，汽车工业已成为全球最大的制造业，年生产能力已达到6500万辆，全球汽车保有量已达9亿辆。由于内燃机是目前燃烧效率最高的热力发动机，故广泛的应用于国民经济的各个领域和国防部门，它所发出的总功率占全世界所有动力装置总功率的90％，它所排出的有害物质又是环境污染的最大源泉，全世界的汽车交通占温室气体排放的20％，全球机动车数量的高速增长给气候带来了严重的问题。因此为了节约能源和降低污染，各工业发达国家十分重视内燃机气缸内燃烧的研究工作。 为了降低内燃机的排放，必须从缸内工作过程着手，分析污染物产生的原因，内燃机数据采集和分析已成为内燃机生产和性能研究工作中必不可少的一个环节。随着内燃机应用的范围在不断扩大，品种和数量在不断增长，对内燃机中各系统零件的性能、使用寿命等技术指标的要求也愈来愈高。因此，对内燃机的工作过程、燃料及扩大燃料的品种、新型结构的研究以及设计和研制合乎要求的产品并对原有产品的分析改造，以满足各种用途的需要，自然就成为内燃机动力工程技术人员的重要任务。在内燃机试验中，除了要定性地观察一些物理和化学现象以外，更重要地是对运行过程中许多有关地物理量和化学量进行精确地定量的测定，如果没有先进的测量方法和测试设备，包括先进的数据处理方法和相应的设备，也就没有先进的内燃机检测技术。所以，若要设计性能更加优良的内燃机，优化燃烧，提高排放的要求，就需要对内燃机各方面的性能进行深入的研究。影响内燃机各方面性能的因素虽然是多种多样的，但燃烧过程具有举足轻重的地位。内燃机的动力性、经济性及排放特性与燃烧过程有着密切的关系。内燃机燃烧过程与其主要工作特性、功率、效率和排放以及部分的机械和热负荷、噪音、振动等都直接紧密地相耦合，所以要改进和完善内燃机的总体性能和某些局部特性，都必须首先在燃烧过程的改善和优化方面下功夫，对燃烧放热过程的深入分析是对发动机性能研究和改善的有效手段。由于内燃机的燃烧过程所占的时间极短，所处的空间很小，更重要的是内燃机的燃烧反应物是很不均匀的，并且经常是流动和扰动的反应物和燃烧产物处于同一容积。这一切就构成内燃机的燃烧过程是一个十分复杂多变的物理-化学过程。但是现在借助微机系统高性能数据采集卡各种传感器（压力传感器、针阀升程传感器、滤波器和电荷放大器等）就能够将大量的燃烧过程物理信息测量记录处理与显示。从这些信息和图形可以比较可靠地分析研究内燃机燃烧过程的完善程度，为进一步改善燃烧过程提供了科学的依据。 气缸压力分析是分析发动机燃烧状况的重要方法。气缸压力携带了内燃机工作过程的大量有用信息，并且与内燃机工作过程的评价参数和性能指标有着密切的关系。各缸的工作参数、排放指标、性能指标等的差异都全部或部分地反映在气缸压力上。在内燃机的状态监测和故障诊断中，气缸压力是表征内燃机运行状态的最好指标之一，内燃机的工作状态及故障大都可以通过气缸压力随时间（或曲轴转角）的变化曲线反映出来。因此采集气缸内压力并对其进行统计或热力学分析是内燃机产品设计、改进或研究的重要方法。内燃机气缸气体压力曲线（示功图）是深入研究内燃机工作过程及动力性能指标的重要内容。通过对示功图分析可得出工作过程的最高燃烧压力和其所在的曲轴转角位置等重要参数。示功图既是内燃机性能参数计算和放热规律分析的依据，又是内燃机燃烧过程数学模拟精确程度的评价标准。利用实测示功图，可以计算内燃机的燃烧放热规律，对实际内燃机的燃烧过程进行分析，可以研究内燃机的循环变动。并且，可以借助示功图进行内燃机最佳状态调整及故障诊断，故国内外对其研究较多。因此，内燃机数据采集与燃烧分析技术得到了迅速的发展。 1.2国内外研究现状 现在，国内外己研究出许多发动机数据采集和分析用的仪器设备，并随着微电子技术和
内燃机排放检测与控制 试题答案
1.答：目前国际上柴油机排放控制的两个主流技术路线（SCR和（EGR+DPF））。 （1）SCR原理： SCR装置依据NO还原基本原理，将尿素与水以适当比例混合，喷入废气中，能将废气中的NOx还原成氮气(N2)和水(H2O)，其化学反应方程式如下： CO(NH2)2+2H2O 2NH3+CO2+H2O 4NH3+2NO2+O23N2↑+6H2O， 4NH3+4NO+O24N2↑+6H2O 尿素泵将尿素柜中的尿素液泵入计量器中，形成具有一定压力的尿素液待用。计量器收到控制中心的指令后，提取一定量的尿素液与压缩空气混合形成初步雾化尿素并通往喷枪，多余的尿素液返回尿素柜。同时按尿素量的多少选取一定比例的压缩空气，经另一管道通往喷枪。在喷枪里初步雾化的尿素与压缩空气进一步混合形成尿素雾，喷入排气管。在排气管的混合区，尿素已分解成NH3和H2O并与烟气充分混合，然后进入SCR反应装置。SCR装置的催化剂作用使NH3将迅速还原为N2和H2O，随烟气排入大气。在SCR中设有两层由一块块催化砖整齐排列的催化层。催化砖是将催化剂拌入耐温材料中，做成有透气小孔的砖块，保证排气流通顺畅，尽量减少阻力，降低排气压力。同时又扩大了流通面积，保证混有NH3的废气在通过催化层时，能更多地接触到催化剂，使排气中的NOx得到充分还原。 （2）EGR基本原理： EGR正是一种通过降低缸内最高燃烧温度以及缸内混合气中O2的体积分数，破坏NOx 的生成环境，从而降低NOx排放的技术。同时，应用EGR并不会使发动机的指示指标及HC、CO排放指标有太大的恶化。通常，EGR降低NOx排放的原理有以下3种解释： ①比热容论 在发动机的可燃混合气中掺入一部分CO2，H2O和N2等惰性废气，前两者的比热容均高于新鲜混合气。 ②稀释论 EGR对NOx的影响是由于增加了混合气中惰性气体量，一方面使气缸内的O2体积分数下降；另一方面惰性分子降低了链式反应的速率，使燃烧的绝热火焰温度降低，从而使NOx 的生成量下降。 ③电火炉或着火延迟论 对柴油机而言，EGR系统改变了混合气的组分，因而延长了着火延迟，从而降低了缸内最高燃烧温度，促使NOx排放下降。 （3）优缺点的比较
发动机燃烧技术
一、概述 内燃机的发展已经有一百多年的历史，自从1876年奥托发明的第一台火花点火式发动机和1892年迪塞尔发明第一台压燃式发动机以来，由于具有较高的热效率、比功率和可靠性，内燃机成为了最主要、最理想的船用、工程机械以及车用动力。美国机械协会认为汽车是20世纪唯一的也是最重要的工程界的成就。在可以预见的未来，发动机仍然是汽车、机车、轮船、农用机械和工程机械等移动装置的动力源。 然而随着世界经济的高速发展，促使内燃机的保有量迅速增加，这样能源消耗以及环境污染问题就日益严重，相应地对内燃机提出了新的技术要求。其中提高内燃机燃油经济性一直是该领域研究工作者所追求的。 同时保护环境的呼声日益提高，如何降低内燃机的有害排放物，是大家共同关心重视的课题。一方面，通过机内净化技术，如柴油机采用电控高压共轨喷射技术，并结合燃烧系统、进排气系统的优化改进，使得整机的排放性能得到极大的改善；另一方面，机外净化技术，将各种污染物的排放量控制在非常低的水平。而内燃机的燃烧技术是改善内燃机动力特性、经济性和排放性的本质和关键技术，当很多研究者对内燃机的燃烧技术进行了研究，为提供内燃机动力特性，降低排放量提供了技术支持。 二、内燃机燃烧技术介绍 首先是压燃式柴油机燃烧技术，柴油机是典型的压燃式发动机，通过缸内压缩混合气体到一定压力与温度，使得混合气体自燃，其中预混燃烧量越多，初始放热率峰值越高，相应地燃烧最高温度就越高，氮氧化物的排放量就增加，其后接着进行扩散燃烧，燃油与空气边混合边燃烧。因此，传统柴油机需要较高的喷射压力，以及适当的空气涡流强度，保证扩散燃烧充分完成，以便降低排气烟度。这种燃烧方式的有点是很明显的，首先是热效率高、燃油经济性好，由于可以采用较高的压缩比，因此热效率比较高，经济性好。但是其缺点也是很明确的，首先是其振动噪声大，由于在上止点前的第一阶段非均质预混合燃烧会引起较高的压力升高率，因此该种燃烧方式的振动噪音比汽油机的要大，其次，其氮氧化物的排放量变高，预混合燃烧会引起较高的燃烧温度，且燃烧室的空气比较富裕，因此，氮氧化物的排放会较高，而且由于扩散燃烧的存在可能使得混合气燃烧不完全，从而使得引起的颗粒物排放比汽油机要高。 其次，是点燃式发动机，这种形式的发动机主要应用于汽油机上，这种燃烧方式与柴油机相比，汽油机属于典型的预混燃烧，这种燃烧方式有很多的优点，比如说，工作运转平稳，其在进气行程中燃油就喷入进气管，遮掩燃油与空气有足够的时间在着火前进行充分地混合，形成基本均匀的可燃混合气，因此汽油机工作比柴油机要来的平稳，并且其振动噪声也要比柴油机小很多。更值得一提的是，在如今环境保护的大趋势与政策下，汽油机的燃烧方式中氮氧化物与颗粒物的排放比柴油机低很多，因为基本均匀的预混燃烧，颗粒物的排放比较低。由于较低的燃烧温度，使得氮氧化物的排放也是比柴油机要低很多的。 三、内燃机燃烧技术的发展
内燃机有害排放物综述及其控制方法
题目：内燃机有害排放物及其控制方法综述 学院： 指导教师： 学生姓名： 学号： 班级： 课程名称： **大学 年月号
内燃机有害排放物及其控制方法综述 摘要：当今世界，汽车保有量持续增加，环境保护越来越严格，作为其动力的内燃机，对其有害排放物的研究成了内燃机设计的主题。本文通过大量的调研以及查阅相关文献，对内燃机有害排放物进行了综述，以及简要介绍了控制其排放物升程的措施。 关键词：环境保护内燃机排放物控制措施 1、前言 内燃机，作为一种动力机械，是通过燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的往复活塞式内燃机有柴油机和汽油机。柴油机与汽油机在运行过程中会产生一些有害的排放物，对于汽油机来说，主要是HC、NOx、CO；而对于柴油机来说，主要是HC、NOx、CO、PM。随着排放法规的日益严格，如何有效的减少内燃机有害物质的排放成了现代内燃机的主流趋势。 2、汽油机与柴油机排放物的生成机理 2.1汽油机主要排放物及其产生机理 汽油机的废气主要是由N2，CO2，O2和有害排放组成，其中有害排放主要是指CO，HC和NOx(NO2及NO)，其含量虽然只占废气总量的2%左右，却造成了极大的危害。在汽油机燃烧过程中，由于气缸内各处的温度、混合气的浓度不同，产生NOx，HC，CO的过程和部就不同。在燃烧过程中，NOx，HC，CO在各个阶生成过程大致如下：在点火和火焰传播阶段，N2和O2在高温下反应生成了NOx，当燃油混合气浓度较大时，还会生成CO。当火焰逼近燃烧室壁面时，由于温度较低，火焰淬熄，留下未燃的HC薄层。这种情况也会在火焰传播不到的第一道活塞环的环槽中产生。在膨胀过程中，环槽中未燃的HC随活塞下行而布敷在气缸壁上。同时，在高温下形成的NOx会随着膨胀过程中温度的下降进行分解反应，在高温下由CO2分解得到的CO应该在低温下进行复合反应。但由于这种分解和复合的反应速度十分缓慢，远远落后于化学平衡的排放要求，使NOx，CO的浓度在膨胀过程中处于冻结状态，因而它们的浓度要比化学平衡时高出很多。在排气过程中，已燃气体连同冻结的NOx，CO以及大部分附壁上的未燃HC 一起排出，形成了大气污染。 2.2柴油机主要排放物及其产生机理 柴油机排气中包含各种成分，其基本成分是二氧化碳(CO2)，水蒸气(H2O)，过剩的氧气（O2）以及存留下来的氮气(N2)等。他们是燃料和空气燃烧后的产物，从毒物学的观点看，排气中的这些成分是无害的，除上述基本成分外，柴油机排气中还含有不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮(NOx)，微粒(PM)及醛类等。这些成分的在柴油机排气中所占的比
汽油机的最新燃烧技术进展
汽油机最新燃烧技术进展 概要：本文对近年来在汽油机的燃烧技术进展作了介绍，并对新的燃烧技术对降低油耗和减少燃烧排放物方面所取得的技术进展作了评论，在整个他们的速度/负载范围内的最优燃烧，发动机应工作在三个燃烧模式：分层点燃式(SCSI)、均质点燃式(HCSI)、均质压燃式（HCCI），实现最大限度的降低燃油消耗和发动机排放的关键技术是喷雾引导的直喷系统、灵活可变的气门驱动、基于发动机控制的缸内压力。 关键词：汽油机；火花塞点火；GDI;DISI;HCCI;HCSI;直接喷射；均质燃烧；分层燃烧 术语：AFR：空燃比 BMEP：平均有效压力 BFSC：刹车油耗 BTDC：上止点前 CI：压燃式点火 COV:变异系数 CR：压缩比 DI：直接喷射 DISI:直接喷射火花塞点火 EGR:废气再循环 EVC：排气门关闭 FE：燃油经济型 HC：烃类 HCCI:均质混合燃烧HCSI:均质点燃式燃烧 HT：传热 IMEP：平均指示有效压力NVO：负阀重叠 VVT：可变气门正时 1引言 人类的汽车革命极为迅猛, 也极大地改变了我们的生存环境。从早期的化油器发动机开始,人类在汽车引擎技术上不断创新,在提升燃料效率和降低能耗与污染物排放方面不间断的努力。从化油器到单点电子喷射、多点电子喷射再到多点顺序喷射,发动机不断进化,而缸内直喷技术无疑是人类在汽车发动机方面的最新成就。先来看一下缸内直喷的概念:缸内直喷技术(Direct Injection)是指将燃油直接喷入汽缸燃烧室内的发动机技术, 而之前的汽油发动机都是将燃油喷注于进气歧管内。缸内直喷技术还被称为FSI(Fuel Stratified Injection)技术。 百年间,这样的技术进步也带给人类自身更多的好处。缸内直喷技术借助电脑系统直接控制燃油的喷射时间、喷射压力和喷射量,相比过去的技术,新技术不需要受限制于传统机械构造方式, 而且能够依照发动机的需要随时调整空气与燃料的混合比例,不但促进燃料燃烧效率提升15%以上,也大大减少了废气中的污染物水平,对发动机功率的提升效果也非常明显。 1．1缸内直喷技术的六大优势： 由于燃油被精确的喷射于汽缸燃烧室内, 也直接带来了六大好处: 一、节省燃油。现代发动机技术的趋势之一就是节约燃料, 而缸内直喷技术可以大大提升燃油与空气混合的雾化程度与混合的效率, 带来燃油的节约。采用缸内直喷技术的车型油耗水平可下降3%以上。 二、减少废气排放。人类对生存环境的重视也造就了环保发动机的不断诞生。缸内直喷发动机的高压燃油泵能提供高达120巴的压力,确保燃料充分燃烧,最大程度的减少废气中的有害杂物。 三、提升动力性能。由于燃料的混合更充分,燃烧更彻底,也带来了燃料转化为动能的效率提升,直接推动了发动机动力性能的增加,同排量下,最大功率可提高15%。 四、减少发动机震动。由于缸内直喷技术允许更高的压缩比,缸内爆震情况的大大减少,对降低发动机低速情况下的震动也有明显的效果。 五、喷油的准确度提升。缸内直喷技术的关键就是电脑系统的精确控制。由
内燃机燃烧放热分析计算及其与燃烧分析仪的嵌入集成
目录 1绪论 1.1课题背景及意义 1.2国内外研究现状 1.3本文研究内容 2燃烧分析的数据采集、信号分析的原理与方法 2.1燃烧分析数据采集方法 2.1.1示功图的概念及用途 2.1.2气缸压力测量方法 2.1.3压力测量精度的主要影响因素及修正方法 2.2气缸压力数据预处理 2.3燃烧放热计算原理 2.3.1燃烧放热计算的假设条件 2.3.2基本微分方程 2.3.3燃烧放热率计算步骤 3燃烧放热计算程序 3.1内燃机燃烧放热计算的需求分析 3.2程序设计平台的选择 3.3程序结构和流程 4.2计算结果 4.3误差分析 5.3算法与燃烧分析仪的嵌入集成 6结论与展望 6.1全文总结 6.2展望
1 绪论 1.1 课题背景及意义 近年来，汽车工业已成为全球最大的制造业，年生产能力已达到6500万辆，全球汽车保有量已达9亿辆。由于内燃机是目前燃烧效率最高的热力发动机，故广泛的应用于国民经济的各个领域和国防部门，它所发出的总功率占全世界所有动力装置总功率的90％，它所排出 的有害物质又是环境污染的最大源泉，全世界的汽车交通占温室气体排放的20％，全球机动车数量的高速增长给气候带来了严重的问题。因此为了节约能源和降低污染，各工业发达国家十分重视内燃机气缸内燃烧的研究工作。 为了降低内燃机的排放，必须从缸内工作过程着手，分析污染物产生的原因，内燃机数据采集和分析已成为内燃机生产和性能研究工作中必不可少的一个环节。随着内燃机应用的范围在不断扩大，品种和数量在不断增长，对内燃机中各系统零件的性能、使用寿命等技术指标的要求也愈来愈高。因此，对内燃机的工作过程、燃料及扩大燃料的品种、新型结构的研究以及设计和研制合乎要求的产品并对原有产品的分析改造，以满足各种用途的需要，自然就成为内燃机动力工程技术人员的重要任务。在内燃机试验中，除了要定性地观察一些物理和化学现象以外，更重要地是对运行过程中许多有关地物理量和化学量进行精确地定量的测定，如果没有先进的测量方法和测试设备，包括先进的数据处理方法和相应的设备，也就没有先进的内燃机检测技术。所以，若要设计性能更加优良的内燃机，优化燃烧，提高排放的要求，就需要对内燃机各方面的性能进行深入的研究。影响内燃机各方面性能的因素虽然是多种多样的，但燃烧过程具有举足轻重的地位。内燃机的动力性、经济性及排放特性与燃烧过程有着密切的关系。内燃机燃烧过程与其主要工作特性、功率、效率和排放以及部分的机械和热负荷、噪音、振动等都直接紧密地相耦合，所以要改进和完善内燃机的总体性能和某些局部特性，都必须首先在燃烧过程的改善和优化方面下功夫，对燃烧放热过程的深入分析是对发动机性能研究和改善的有效手段。由于内燃机的燃烧过程所占的时间极短，所处的空间很小，更重要的是内燃机的燃烧反应物是很不均匀的，并且经常是流动和扰动的反应物和燃烧产物处于同一容积。这一切就构成内燃机的燃烧过程是一个十分复杂多变的物理- 化 学过程。但是现在借助微机系统高性能数据采集卡各种传感器（压力传感器、针阀升程传感器、滤波器和电荷放大器等）就能够将大量的燃烧过程物理信息测量记录处理与显示。从这 些信息和图形可以比较可靠地分析研究内燃机燃烧过程的完善程度，为进一步改善燃烧过程提供了科学的依据。 气缸压力分析是分析发动机燃烧状况的重要方法。气缸压力携带了内燃机工作过程的大量有用信息，并且与内燃机工作过程的评价参数和性能指标有着密切的关系。各缸的工作参数、排放指标、性能指标等的差异都全部或部分地反映在气缸压力上。在内燃机的状态监测和故障诊断中，气缸压力是表征内燃机运行状态的最好指标之一，内燃机的工作状态及故障大都可以通过气缸压力随时间（或曲轴转角）的变化曲线反映出来。因此采集气缸内压力并对其进行统计或热力学分析是内燃机产品设计、改进或研究的重要方法。内燃机气缸气体压力曲线（示功图）是深入研究内燃机工作过程及动力性能指标的重要内容。通过对示功图分析可得出工作过程的最高燃烧压力和其所在的曲轴转角位置等重要参数。示功图既是内燃机性能参数计算和放热规律分析的依据，又是内燃机燃烧过程数学模拟精确程度的评价标准。利用实测示功图，可以计算内燃机的燃烧放热规律，对实际内燃机的燃烧过程进行分析，可以研究内燃机的循环变动。并且，可以借助示功图进行内燃机最佳状态调整及故障诊断，故国内外对其研究较多。因此，内燃机数据采集与燃烧分析技术得到了迅速的发展。 1.2国内外研究现状 现在，国内外己研究出许多发动机数据采集和分析用的仪器设备，并随着微电子技术和