电喷柴油机喷油策略优化燃烧和排放的研究

论文摘要

面对节约能源和保护环境的社会责任,面对柴油机使用者和法规制定者对柴油机性能提出的越来越严格的要求,柴油机工作者必须在提高柴油机的经济性、动力性、降低排放污染和噪声方面做出努力。柴油机的燃油喷射系统对柴油机的燃烧过程及排放有着直接和决定性的影响。而传统的机械式燃油供给系统已无法适应越来越严格的排放法规要求,近年来,通过高压共轨系统优化喷油规律来改善柴油机燃烧和排放研究已经成为新的热点。本文通过数值模拟与试验研究相结合的方法,研究了喷油规律对CA6DE-21高压共轨柴油机性能与排放的影响规律。首先采用商业三维CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟软件AVL Fire,对该型号柴油机的燃烧室进行了数学建模,仿真分析了压缩、喷雾、燃烧和膨胀过程,利用试验数据对模型进行了有效性的验证；并在此基础上研究了不同主喷定时、预喷油量和主预喷间隔对柴油机性能的影响。并将计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模拟对排放物的预测能力的正确性。研究结果表明：1)采用预喷射策略,可有效降低缸内燃烧压力,优化柴油机的排放。2)随着主喷定时的推迟使得缸内高温持续时间变短?从而大幅降低NOx排放,但是由于燃烧滞后,使得Soot氧化时间变短,Soot排放有所增大。3)小预喷油量的变化对NOx最终排放影响不大,当预喷油量增大到5 mm3时,NOx出现恶化的趋势；随着预喷油量的增加,碳烟表现为随预喷油量逐渐增加的趋势,并且会带来燃烧的恶化,在实际工作过程中会增加油耗。4)随着主预喷间隔的增大,NOx生成量呈现逐渐减小的趋势,而对于碳烟排放也有逐渐减小的趋势,但是变化并不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题的背景和研究意义
• 1.2 排放法规
• 1.3 电控燃油喷射技术的发展现状
• 1.4 柴油机数值模拟技术的简介及发展现状
• 1.4.1 数值模拟技术的简介
• 1.4.2 数值模拟技术的发展现状
• 1.5 AVL FIRE软件简介
• 1.6 本课题的研究任务和内容
• 2 数学模型的建立及其求解方法
• 2.1 计算对象
• 2.1.1 计算对象
• 2.1.2 几何模型的建立
• 2.1.3 燃烧室网格的划分
• 2.1.4 计算边界条件
• 2.2 计算模型选择
• 2.2.1 气体运动模型
• 2.2.2 喷雾模型
• 2.2.3 燃烧模块
• 2.2.4 排放数学模型
• 2.3 求解方法
• 2.4 计算模型的验证
• 2.4.1 测试系统及试验设备
• 2.4.2 模拟计算结果与试验结果比较
• 2.5 本章小结
• 3 原机工况微观场分析
• 3.1 喷油过程分析
• 3.2 燃油蒸汽浓度场和温度场分布
• 3.3 排放物分布的影响
• x和Soot排放的策略'>3.4 分析与预测减小NO_x和Soot排放的策略
• 3.5 预喷射对柴油机性能的影响
• 3.6 本章小结
• 4 电喷柴油机喷油策略优化排放的仿真与试验研究
• 4.1 主喷定时的影响
• 4.1.1 主喷定时对柴油机性能的影响
• 4.1.2 主喷定时对排放物分布的影响
• 4.1.3 计算结果与试验结果比较
• 4.2 预喷油量的影响
• 4.2.1 预喷油量对柴油机性能的影响
• 4.2.2 预喷油量对排放物分布的影响
• 4.2.3 计算结果与试验结果比较
• 4.3 主预喷间隔的影响
• 4.3.1 主预喷间隔对柴油机性能的影响
• 4.3.2 主预喷间隔对排放物分布的影响
• 4.3.3 计算结果与试验结果比较
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢