本文關(guān)鍵詞：基于EGR技術(shù)的共軌柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化

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【摘要】：柴油機(jī)因具有良好的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和可靠性被廣泛應(yīng)用,但柴油機(jī)較高的顆粒物(PM)和NOx排放對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)是降低NOx最有效的措施之一,但EGR參與燃燒會(huì)使柴油機(jī)熱效率降低。因此,如何實(shí)現(xiàn)超低Soot和NOx排放并同時(shí)實(shí)現(xiàn)高熱效率燃燒,是現(xiàn)代柴油機(jī)開發(fā)面臨的重要挑戰(zhàn)。本文以D19高壓共軌柴油機(jī)為研究機(jī)型,應(yīng)用GT-Power和AVL Fire建立了整機(jī)一維熱力學(xué)仿真模型和三維CFD仿真模型,研究了不同燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)柴油機(jī)燃燒過程、缸內(nèi)氣體流動(dòng)及排放的影響,并在不同燃燒邊界條件下考察了燃燒室的適應(yīng)性。最后開展了不同燃油噴射策略耦合EGR技術(shù)對(duì)柴油機(jī)燃燒、性能和排放的影響規(guī)律。針對(duì)燃燒室結(jié)構(gòu)的研究表明：較大縮口率(方案A)或較小徑深比(方案C)燃燒室渦團(tuán)保持性好；小縮口率(方案B)或大徑深比(方案D)有利于燃燒開始時(shí)油氣快速的混合；減小徑深比(方案C)有利于燃燒后期逆擠流形成,降低Soot。在無(wú)EGR和小EGR率下Soot排放隨壓縮比增大而減少,EGR率為37%時(shí),Soot排放隨壓縮比增大而增大。針對(duì)燃燒室對(duì)邊界條件適應(yīng)性的研究表明：EGR率為37%時(shí),不同燃燒室的NO趨近于“零排放”。縮短噴油持續(xù)期間接提高了噴油壓力,缸內(nèi)當(dāng)量比更加均勻,從而縮短滯燃期及燃燒持續(xù)期；縮短噴油持續(xù)期,可削弱燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)缸內(nèi)氣體流動(dòng)影響,降低Soot排放,但NO排放升高。渦流比為1.5時(shí),不同燃燒室時(shí)缸內(nèi)速度場(chǎng)增強(qiáng),此時(shí)方案A的當(dāng)量比分布最均勻；隨渦流比增大,方案A的Soot排放減少,而方案B、C的Soot排放線性增大,方案D的Soot排放先降后升。在不同燃燒邊界條件下,方案C同時(shí)實(shí)現(xiàn)最低的NO和Soot排放,表明其對(duì)不同燃燒邊界的適應(yīng)性較好,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。針對(duì)噴油時(shí)刻耦合EGR的研究表明：隨主噴定時(shí)推遲,BMEP先升高后降低,BSFC呈相反趨勢(shì)。主噴時(shí)刻越晚,EGR率越大,BMEP和BSFC變化越顯著；在較高EGR率時(shí),隨主噴定時(shí)推遲,NOx線性降低,Soot呈先降低后升高再降低。提高EGR率可削弱主噴定時(shí)提前對(duì)NOx生成促進(jìn)的作用；隨主噴定時(shí)推遲,有效熱效率先升后降,排氣損失率增大,傳熱損失和摩擦損失降低。主噴油量越大,BMEP隨主噴定時(shí)推遲而降低的幅度越大；NOx排放隨主噴油量減小而降低,在主噴定時(shí)提前時(shí)更為明顯；中等負(fù)荷主噴油量的熱效率升高而排氣損失率降低,大負(fù)荷主噴油量熱效率降低主要因?yàn)榕艢鈸p失率較高；隨主噴定時(shí)推遲,轉(zhuǎn)速越高BMEP降低的速率越快,BSFC顯著升高,但NOx降低;低轉(zhuǎn)速時(shí)主噴時(shí)刻過于提前會(huì)造成NOx和傳熱損失率同時(shí)增加；高轉(zhuǎn)速時(shí)主噴定時(shí)過于推遲會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)做功能力降低,排氣損失率快速增加導(dǎo)致熱效率顯著降低。針對(duì)噴油壓力耦合EGR的研究表明：在主噴油量增加時(shí),隨噴油壓力增大,BSFC減小,NOx排放升高而Soot顯著降低；小油量時(shí)NOx對(duì)噴油壓力的改變更為敏感,主噴油量越大Soot降低幅度越明顯；隨噴油壓力增大,有效熱效率增加,排氣損失率減少,傳熱損失率和摩擦損失率增加,且主噴油量越大,熱效率隨噴油壓力提高而增加的幅度越大；隨噴油壓力增大,轉(zhuǎn)速越高時(shí)BSFC降低越顯著,但NOx隨轉(zhuǎn)速升高而降低；在相同EGR率下,轉(zhuǎn)速越高,噴油壓力對(duì)熱效率的提升越顯著,排氣損失率減少。針對(duì)后噴參數(shù)耦合EGR的研究表明：隨后噴時(shí)刻推遲和后噴油量增大,BSFC升高；同一后噴油量下,隨后噴時(shí)刻推遲,NOx比排放升高,后噴時(shí)刻為12℃AATDC時(shí),后噴油量越大,NOx越小,當(dāng)后噴時(shí)刻繼續(xù)推遲,NOx隨后噴油量增加而升高；隨后噴時(shí)刻推遲和后噴油量增加,有效熱效率、傳熱損失率和摩擦損失率降低,但排氣損失率增加。
【關(guān)鍵詞】：共軌柴油機(jī) 廢氣再循環(huán) 燃燒室結(jié)構(gòu) 燃燒邊界 噴油策略 排放特性
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK421.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 柴油機(jī)主要排放物的生成機(jī)理14-15
• 1.3 柴油機(jī)排放控制技術(shù)15-21
• 1.3.1 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)排放控制技術(shù)16-19
• 1.3.2 柴油機(jī)機(jī)外排放控制技術(shù)19-21
• 1.4 本文的主要內(nèi)容21-23
• 第二章 柴油機(jī)工作過程數(shù)學(xué)模型23-39
• 2.1 缸內(nèi)工作過程一維數(shù)學(xué)模型的建立23-25
• 2.1.1 基本假設(shè)23
• 2.1.2 缸內(nèi)熱力過程基本方程23-24
• 2.1.3 缸內(nèi)熱力過程其它方程24-25
• 2.2 進(jìn)排氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.2.1 一維非定常流動(dòng)基本方程25-26
• 2.2.2 一維非定常流動(dòng)數(shù)學(xué)模型的求解方法26-27
• 2.2.3 中冷器參數(shù)的計(jì)算27
• 2.3 廢氣渦輪增壓器的數(shù)學(xué)模型27-29
• 2.3.1 能量傳遞分析27-28
• 2.3.2 壓氣機(jī)特性參數(shù)計(jì)算28-29
• 2.3.3 渦輪特性參數(shù)計(jì)算29
• 2.4 缸內(nèi)工作過程三維數(shù)學(xué)模型29-31
• 2.4.1 質(zhì)量守恒方程30
• 2.4.2 動(dòng)量守恒方程30
• 2.4.3 能量守恒方程30-31
• 2.5 湍流運(yùn)動(dòng)模型31-32
• 2.6 噴霧模型32-34
• 2.6.1 湍流耗散模型32
• 2.6.2 蒸發(fā)模型32-33
• 2.6.3 碰壁模型33-34
• 2.6.4 液滴破碎模型34
• 2.7 燃燒模型34-36
• 2.8 排放模型36-39
• 2.8.1 NOx排放模型36-37
• 2.8.2 碳煙生成模型37-39
• 第三章 不同燃燒室結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)燃燒及排放的影響39-51
• 3.1 計(jì)算模型的建立39-42
• 3.1.1 柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)39
• 3.1.2 燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)39-40
• 3.1.3 網(wǎng)格劃分40-41
• 3.1.4 模型驗(yàn)證41-42
• 3.2 燃燒室結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)燃燒及排放的影響42-47
• 3.2.1 燃燒室結(jié)構(gòu)對(duì)缸內(nèi)速度場(chǎng)的影響42-44
• 3.2.2 燃燒室結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)燃燒過程的影響44-45
• 3.2.3 燃燒室結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)排放特性的影響45-47
• 3.3 壓縮比對(duì)柴油機(jī)燃燒及排放的影響47-49
• 3.3.1 不同壓縮比對(duì)柴油機(jī)燃燒過程的影響47-48
• 3.3.2 不同壓縮比對(duì)柴油機(jī)排放的影響48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第四章 燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)燃燒邊界適應(yīng)性研究51-65
• 4.1 不同結(jié)構(gòu)燃燒室耦合EGR對(duì)柴油機(jī)的影響51-55
• 4.1.1 不同結(jié)構(gòu)燃燒室耦合EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒過程的影響51-53
• 4.1.2 不同結(jié)構(gòu)燃燒室耦合EGR對(duì)柴油機(jī)排放特性的影響53-55
• 4.2 噴油持續(xù)期對(duì)不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機(jī)的影響55-59
• 4.2.1 噴油持續(xù)期對(duì)不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機(jī)燃燒過程的影響55-57
• 4.2.2 噴油持續(xù)期對(duì)不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機(jī)排放特性的影響57-59
• 4.3 渦流比對(duì)不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機(jī)的影響59-64
• 4.3.1 不同渦流比對(duì)柴油機(jī)燃燒過程的影響59-61
• 4.3.2 不同渦流比對(duì)柴油機(jī)排放特性的影響61-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章 噴油參數(shù)與后噴射耦合EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒及排放的影響65-99
• 5.1 試驗(yàn)裝置及一維熱力學(xué)仿真模型構(gòu)建65-70
• 5.1.1 試驗(yàn)臺(tái)架介紹65-66
• 5.1.2 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)及主要設(shè)備66-67
• 5.1.3 整機(jī)一維熱力學(xué)仿真模型構(gòu)建與驗(yàn)證67-69
• 5.1.4 模型驗(yàn)證69-70
• 5.2 噴油時(shí)刻耦合EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒與排放的影響70-84
• 5.2.1 噴油時(shí)刻耦合不同EGR率對(duì)柴油機(jī)工作過程的影響70-76
• 5.2.2 不同主噴油量下噴油時(shí)刻耦合EGR對(duì)柴油機(jī)工作過程的影響76-80
• 5.2.3 不同轉(zhuǎn)速下噴油時(shí)刻耦合EGR對(duì)柴油機(jī)工作過程的影響80-84
• 5.3 噴油壓力耦合EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒和排放的影響84-92
• 5.3.1 不同油量下噴油壓力耦合EGR對(duì)柴油機(jī)工作過程的影響84-88
• 5.3.2 不同轉(zhuǎn)速下噴油壓力耦合EGR對(duì)柴油機(jī)工作過程的影響88-92
• 5.4 后噴參數(shù)耦合EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒和排放的影響92-96
• 5.4.1 后噴參數(shù)耦合EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒過程的影響92-94
• 5.4.2 后噴參數(shù)耦合EGR對(duì)柴油機(jī)性能及排放特性的影響94-96
• 5.5 本章小結(jié)96-99
• 第六章 全文總結(jié)與展望99-103
• 6.1 全文總結(jié)99-101
• 6.2 展望101-103
• 致謝103-105
• 參考文獻(xiàn)105-109
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄109-110
• 附錄B 參與項(xiàng)目情況110

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本文編號(hào)：719994