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

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【摘要】：柴油機因具有良好的經(jīng)濟性、動力性和可靠性被廣泛應(yīng)用,但柴油機較高的顆粒物(PM)和NOx排放對環(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參與燃燒會使柴油機熱效率降低。因此,如何實現(xiàn)超低Soot和NOx排放并同時實現(xiàn)高熱效率燃燒,是現(xiàn)代柴油機開發(fā)面臨的重要挑戰(zhàn)。本文以D19高壓共軌柴油機為研究機型,應(yīng)用GT-Power和AVL Fire建立了整機一維熱力學(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)對柴油機燃燒過程、缸內(nèi)氣體流動及排放的影響,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)對柴油機燃燒、性能和排放的影響規(guī)律。針對燃燒室結(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EGR和小EGR率下Soot排放隨壓縮比增大而減少,EGR率為37%時,Soot排放隨壓縮比增大而增大。針對燃燒室對邊界條件適應(yīng)性的研究表明：EGR率為37%時,不同燃燒室的NO趨近于“零排放”�？s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)對缸內(nèi)氣體流動影響,降低Soot排放,但NO排放升高。渦流比為1.5時,不同燃燒室時缸內(nèi)速度場增強,此時方案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同時實現(xiàn)最低的NO和Soot排放,表明其對不同燃燒邊界的適應(yīng)性較好,結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。針對噴油時刻耦合EGR的研究表明：隨主噴定時推遲,BMEP先升高后降低,BSFC呈相反趨勢。主噴時刻越晚,EGR率越大,BMEP和BSFC變化越顯著；在較高EGR率時,隨主噴定時推遲,NOx線性降低,Soot呈先降低后升高再降低。提高EGR率可削弱主噴定時提前對NOx生成促進的作用；隨主噴定時推遲,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,在主噴定時提前時更為明顯；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為排氣損失率較高；隨主噴定時推遲,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)速時主噴時刻過于提前會造成NOx和傳熱損失率同時增加；高轉(zhuǎn)速時主噴定時過于推遲會使發(fā)動機做功能力降低,排氣損失率快速增加導(dǎo)致熱效率顯著降低。針對噴油壓力耦合EGR的研究表明：在主噴油量增加時,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NOx對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,噴油壓力對熱效率的提升越顯著,排氣損失率減少。針對后噴參數(shù)耦合EGR的研究表明：隨后噴時刻推遲和后噴油量增大,BSFC升高；同一后噴油量下,隨后噴時刻推遲,NOx比排放升高,后噴時刻為12℃AATDC時,后噴油量越大,NOx越小,當(dāng)后噴時刻繼續(xù)推遲,NOx隨后噴油量增加而升高；隨后噴時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 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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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 柴油機主要排放物的生成機理14-15
• 1.3 柴油機排放控制技術(shù)15-21
• 1.3.1 柴油機機內(nèi)排放控制技術(shù)16-19
• 1.3.2 柴油機機外排放控制技術(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 進排氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.2.1 一維非定常流動基本方程25-26
• 2.2.2 一維非定常流動數(shù)學(xué)模型的求解方法26-27
• 2.2.3 中冷器參數(shù)的計算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 壓氣機特性參數(shù)計算28-29
• 2.3.3 渦輪特性參數(shù)計算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 動量守恒方程30
• 2.4.3 能量守恒方程30-31
• 2.5 湍流運動模型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)對柴油機燃燒及排放的影響39-51
• 3.1 計算模型的建立39-42
• 3.1.1 柴油機主要技術(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 模型驗證41-42
• 3.2 燃燒室結(jié)構(gòu)對柴油機燃燒及排放的影響42-47
• 3.2.1 燃燒室結(jié)構(gòu)對缸內(nèi)速度場的影響42-44
• 3.2.2 燃燒室結(jié)構(gòu)對柴油機燃燒過程的影響44-45
• 3.2.3 燃燒室結(jié)構(gòu)對柴油機排放特性的影響45-47
• 3.3 壓縮比對柴油機燃燒及排放的影響47-49
• 3.3.1 不同壓縮比對柴油機燃燒過程的影響47-48
• 3.3.2 不同壓縮比對柴油機排放的影響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對柴油機的影響51-55
• 4.1.1 不同結(jié)構(gòu)燃燒室耦合EGR對柴油機燃燒過程的影響51-53
• 4.1.2 不同結(jié)構(gòu)燃燒室耦合EGR對柴油機排放特性的影響53-55
• 4.2 噴油持續(xù)期對不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機的影響55-59
• 4.2.1 噴油持續(xù)期對不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機燃燒過程的影響55-57
• 4.2.2 噴油持續(xù)期對不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機排放特性的影響57-59
• 4.3 渦流比對不同結(jié)構(gòu)燃燒室柴油機的影響59-64
• 4.3.1 不同渦流比對柴油機燃燒過程的影響59-61
• 4.3.2 不同渦流比對柴油機排放特性的影響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對柴油機燃燒及排放的影響65-99
• 5.1 試驗裝置及一維熱力學(xué)仿真模型構(gòu)建65-70
• 5.1.1 試驗臺架介紹65-66
• 5.1.2 試驗發(fā)動機及主要設(shè)備66-67
• 5.1.3 整機一維熱力學(xué)仿真模型構(gòu)建與驗證67-69
• 5.1.4 模型驗證69-70
• 5.2 噴油時刻耦合EGR對柴油機燃燒與排放的影響70-84
• 5.2.1 噴油時刻耦合不同EGR率對柴油機工作過程的影響70-76
• 5.2.2 不同主噴油量下噴油時刻耦合EGR對柴油機工作過程的影響76-80
• 5.2.3 不同轉(zhuǎn)速下噴油時刻耦合EGR對柴油機工作過程的影響80-84
• 5.3 噴油壓力耦合EGR對柴油機燃燒和排放的影響84-92
• 5.3.1 不同油量下噴油壓力耦合EGR對柴油機工作過程的影響84-88
• 5.3.2 不同轉(zhuǎn)速下噴油壓力耦合EGR對柴油機工作過程的影響88-92
• 5.4 后噴參數(shù)耦合EGR對柴油機燃燒和排放的影響92-96
• 5.4.1 后噴參數(shù)耦合EGR對柴油機燃燒過程的影響92-94
• 5.4.2 后噴參數(shù)耦合EGR對柴油機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 參與項目情況110

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