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作为汽车消费大国,我国一直面临着能源危机和环境污染的双重压力。为了应对日益严苛的排放法规,开发新的发动机节能减排技术就显得迫在眉睫。传统技术手段在发动机动力性与排放水平之间、各个排放物之间都存在明显的权衡（Trade Off）关系。本课题结合掺水燃烧技术与选择性非催化还原技术（SNCR）,开发出了具有二者各自优势的新型复合机内净化方法:氨水缸内直喷内部SNCR。该技术能适应广泛的发动机使用需求,在一定程度上弱化了各trade off指标之间的博弈关系,在满足动力输出的基础上实现了对氮氧化物（NOx）等排放物综合减排能力的提升。针对提出的氨水缸内直喷内部SNCR,本文利用仿真与实验手段做了广泛研究,对该技术进行了较为全面的评价。本文开展的主要研究工作和所获结论如下:首先,利用已有文献机理并整合以适用于发动机内部SNCR需求,基于CHEMKIN软件计算了均质预混条件下,基础燃料（PRF90）的层流火焰速度、化学点火滞燃期以及主要关键基团的变化规律,探究了影响SNCR技术高效还原NOx的重要因素。结果表明:氨水中水成分蒸发吸热降低了可燃混合气的层流火焰速度,降低了火焰面温度,引起反应速率降低;保持水油比时,NH3成分增加意味着水的减少,水对混合气的降温、稀释作用减弱,而NH3相对于水来说对均质混合气的火焰发展具有一定的促进作用,进而引起层流火焰速度的提高。活性物质尤其是OH的大量减少,引起着火时刻推迟,延长了化学滞燃期。此外,对SNCR影响最大的外界因素排序为温度>氨氮比>滞留时间>压力。其次,利用CONVERGE软件,建立了实现内部SNCR过程的复合喷射发动机三维数值模型,并依据原型机实验数据进行准确标定,利用CFD仿真手段研究了多物理场下水直喷以及不同氨水影响因素下的燃烧中间物质与NOx空间浓度梯度的演化历程,分析了各个关键变动因素与NOx转化之间的关系。结果表明:受制于水的高汽化潜热,缸内高温区明显减少,平均温度有所降低,缸内温度分布更加均一化,温度梯度降低。缸内温度及温度梯度的改善有利于抑制NOx的生成并提供适合的SNCR温度条件。水直喷后,H2O2、OH等燃烧中间产物的生成速率同步降低,场分布情况在水油比为10%时浓度场梯度最小。CO生成量随着水油比的增大提升较为明显,因此水油比应当控制在适当范围内,以避免引起过多的不完全燃烧。NO、NO2和N2O的生成量都随着氨水浓度的提升而降低。与NO相比,NO2和N2O本身浓度较小,且转化为N2等无害物质还需经过多步反应,因此NO2和N2O的还原无害化效果滞后于NO。再次,将现有发动机台架改装为双喷射系统,以实现进气道喷射汽油、缸内直喷氨水的复合喷射模式。实验研究了发动机稳态工况条件下,氨水溶液不同直喷策略对发动机燃烧与排放的影响。定量研究了采用内部SNCR技术后发动机动力性能和NOx、HC、CO、NH3等气相排放物之间的变动规律。定量研究了氨水溶液不同直喷策略对发动机固相排放的影响,揭示了微粒数量浓度、质量浓度具体的粒径分布特征及其影响因素。结果表明:点火正时与内部SNCR存在明显的协同效应,采用SNCR技术配合较早的点火正时后可以保证动力输出并同步降低NOx等排放物质。氨水直喷正时和氨水喷射量对发动机燃烧和排放有重要影响,提早直喷正时和增大氨水喷射量可以促进NOx的转化,但是直喷正时与火焰传播干涉以及过量的氨水直喷都会造成循环变动恶化。另外,采用SNCR策略后,直喷氨水对聚集态微粒具有抑制作用,峰值粒径向更大的粒径范围偏移,而峰值质量浓度呈现出下降的趋势。最后,利用考虑快速化学响应的GT-POWER/CHEMKIN耦合模型,根据帕累托前沿（Pareto Front）博弈原则,对实施内部SNCR技术的发动机模型进行宽工况多目标寻优,经过大规模一维仿真计算,得出了最优的内部SNCR应用策略。