本文關(guān)鍵詞：加載策略對柴油機(jī)瞬態(tài)性能影響的研究

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【摘要】：柴油機(jī)目前的發(fā)展方向為高效、節(jié)能和低排放,雖然柴油機(jī)熱效率高,更節(jié)能,但對NOx和PM總排放的“貢獻(xiàn)”大,且在瞬態(tài)工況下,柴油機(jī)燃燒及排放性能發(fā)生惡化,而降低柴油機(jī)PM和NOx排放的主要措施是強(qiáng)化混合和低溫燃燒,即優(yōu)化空燃比和缸內(nèi)熱力氛圍。目前,改善以上兩點的主要措施是通過優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)和噴油參數(shù),但通過供油模式來改善柴油機(jī)瞬態(tài)過程中缸內(nèi)空燃比和熱力氛圍的研究較少,因此,本研究以一臺重型高壓共軌增壓柴油機(jī)為研究對象,搭建了瞬態(tài)工況測控平臺及STAR-CD模擬計算平臺,選取ETC測試循環(huán)中的典型工況—恒轉(zhuǎn)速增轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)工況為研究工況,利用試驗和模擬相結(jié)合的方法,從空燃比和缸內(nèi)熱力氛圍兩個角度,探究加載策略(供油模式)對柴油機(jī)瞬變過程響應(yīng)性能、燃燒及排放性能的影響規(guī)律。一、利用瞬態(tài)工況測控平臺,對加載策略的第一段加載率、加載停滯時間和第二段加載率進(jìn)行不同的組合,探究缸內(nèi)空燃比和熱力氛圍對柴油機(jī)瞬態(tài)性能的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:1)隨著第一段加載率的增大(第二段加載率不變),達(dá)到50%扭矩時所需時間逐漸縮短,縮短幅度最大為20.4%;配合較長的加載停滯時間能夠使得CA10和CA50提前,降低煙度和CO排放峰值,煙度峰值和CO峰值最大降幅分別為48.7%和19.5%;隨著第二段加載率的減小(第一段加載率不變),達(dá)到90%扭矩時所需時間逐漸縮短,縮短幅度最大為5.2%;CA10和CA50提前,煙度峰值降低,最大降幅為53.3%。2)第一段加載率選擇665N·m/s,加載停滯時間為1.2s,第二段加載率為221.67N·m/s(即策略3)為最優(yōu)的加載策略,這種策略能縮短達(dá)到50%扭矩時所需時間,幅度為20.4%,煙度峰值和CO峰值降幅分別為48.7%和19.5%。二、利用STAR-CD模擬計算平臺,從微觀場角度對加載停滯時間、進(jìn)氣溫度和氣缸壁面溫度進(jìn)行分析,探究缸內(nèi)熱力氛圍對柴油機(jī)瞬態(tài)性能的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:1)加載停滯、進(jìn)氣溫度提高以及氣缸壁面溫度提高均能提高缸內(nèi)熱力氛圍,有效促進(jìn)燃油蒸發(fā)、霧化的速率,改善油氣混合過程,改善程度依次是加載停滯氣缸壁面溫度進(jìn)氣溫度;燃燒反應(yīng)基團(tuán)在Soot生成區(qū)的變化趨勢與在濃混合氣區(qū)(2Φ)的變化趨勢相似,但與在高溫區(qū)的變化趨勢相差甚遠(yuǎn),表明:Soot的生成主要取決于濃混合氣的比例;而NO的生成主要取決于高溫區(qū)體積比例,且NO主要生成于燃燒過程的前20oCA,在燃燒前期高溫區(qū)體積相差不大的情況下,控制缸內(nèi)稀混合氣比例可以抑制NO的生成。2)在進(jìn)氣量不變的前提下,提高進(jìn)氣溫度或氣缸壁面溫度對Soot排放影響較小,但NOx排放增加,而隨著加載停滯時間的增長,缸內(nèi)稀混合氣比例逐漸增大,濃混合氣比例逐漸降低,Soot的排放量逐漸降低,最大降幅為59.8%,NO排放量有所增大,表明:加載停滯對柴油機(jī)燃燒及排放過程的優(yōu)化效果最好。
【關(guān)鍵詞】：增壓柴油機(jī) 瞬態(tài)工況 加載策略 進(jìn)氣溫度 缸壁溫度
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 能源與環(huán)境問題11-13
• 1.1.2 內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)及政策13-15
• 1.2 柴油機(jī)瞬態(tài)工況的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 柴油機(jī)瞬變工況及性能畸變15-16
• 1.2.2 柴油機(jī)瞬態(tài)工況研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 本文的研究意義及主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 試驗及模擬研究平臺的建立20-29
• 2.1 試驗平臺的搭建20-23
• 2.1.1 試驗對象20-21
• 2.1.2 測控平臺21-22
• 2.1.3 瞬態(tài)油門控制系統(tǒng)22-23
• 2.1.4 同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)23
• 2.2 模擬平臺的建立23-28
• 2.2.1 STAR-CD數(shù)值計算軟件簡介23-24
• 2.2.2 幾何模型的建立及網(wǎng)格的劃分24-25
• 2.2.3 數(shù)學(xué)模型和算法的確定25-26
• 2.2.4 初始邊界條件的確定和模型驗證26-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 第3章 加載策略對柴油機(jī)瞬態(tài)性能影響的試驗研究29-43
• 3.1 試驗方案的確定29-31
• 3.2 第一段加載率對柴油機(jī)瞬態(tài)性能的影響31-37
• 3.2.1 第一段加載率對柴油機(jī)動態(tài)響應(yīng)性能的影響31-34
• 3.2.2 第一段加載率對柴油機(jī)燃燒及排放過程的影響34-37
• 3.3 第二段加載率對柴油機(jī)瞬態(tài)性能的影響37-41
• 3.3.1 第二段加載率對柴油機(jī)動態(tài)響應(yīng)性能的影響37-39
• 3.3.2 第二段加載率對柴油機(jī)燃燒及排放過程的影響39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 第4章 缸內(nèi)熱力氛圍對柴油機(jī)瞬態(tài)性能影響的模擬研究43-70
• 4.1 加載停滯時間對柴油機(jī)瞬態(tài)性能的影響43-52
• 4.1.1 加載停滯時間對瞬變工況燃燒過程的影響43-49
• 4.1.2 加載停滯時間對瞬變工況Soot和NO排放的影響49-52
• 4.2 進(jìn)氣溫度對柴油機(jī)瞬態(tài)性能的影響52-60
• 4.2.1 進(jìn)氣溫度對瞬變工況燃燒過程的影響53-57
• 4.2.2 進(jìn)氣溫度對瞬變工況Soot和NO排放的影響57-60
• 4.3 氣缸壁面溫度對柴油機(jī)瞬態(tài)性能的影響60-68
• 4.3.1 氣缸壁面溫度對瞬變工況燃燒過程的影響60-65
• 4.3.2 氣缸壁面溫度對瞬變工況Soot和NO排放的影響65-68
• 4.4 本章小結(jié)68-70
• 第5章 全文總結(jié)及工作展望70-72
• 5.1 全文總結(jié)70-71
• 5.2 工作展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 作者簡介及科研成果77-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：941316