本文關(guān)鍵詞：缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒特性仿真研究

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【摘要】：為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前嚴(yán)重的能源和環(huán)境危機(jī),同時(shí)又要滿足日益嚴(yán)苛的排放法規(guī),大力發(fā)展節(jié)能、環(huán)保的發(fā)動(dòng)機(jī)代用燃料迫在眉睫。以天然氣作為燃料,不僅可以緩解能源危機(jī),還可以有效的降低汽車排放。通過缸內(nèi)直噴技術(shù),可有效的提高CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù),適當(dāng)?shù)脑龃髩嚎s比,可進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性;采用稀薄燃燒技術(shù),在保證發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)型的同時(shí),還可以有效的降低排放。本文通過仿真計(jì)算的方法,研究了高壓縮比缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的稀薄燃燒特性。(1)根據(jù)原CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),利用AVL Boost和Fire仿真平臺(tái)分別建立發(fā)動(dòng)機(jī)一維和三維仿真模型并進(jìn)行校核與驗(yàn)證;在已驗(yàn)證過的原機(jī)模型的基礎(chǔ)上,將發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比提高至12:1,同時(shí)在汽缸蓋上加裝噴氣閥,完成缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)三維缸內(nèi)燃燒模型的建立,進(jìn)而進(jìn)行仿真計(jì)算。計(jì)算工況:n=1600r/min,MAP=169kPa,節(jié)氣門全開,φ_a=1.5。(2)單次噴射仿真研究結(jié)果表明:在進(jìn)氣沖程中,噴氣時(shí)刻越早,在20°CA BTDC形成的混合氣均勻度越好,隨著噴氣時(shí)刻的推遲,混合氣均勻度變差;在壓縮沖程中,由于受直噴的高壓天然氣的影響,噴氣時(shí)刻越早,在20°CA BTDC亦能形成較為均質(zhì)的混合氣,且缸內(nèi)流場(chǎng)的平均流速高于在進(jìn)氣沖程中噴氣的平均流速,但其混合氣均勻度略差于進(jìn)氣沖程中噴射。在壓縮沖程中噴氣的充量系數(shù)最大,且比在進(jìn)氣沖程噴氣的最大充量系數(shù)高13.2%,進(jìn)氣道噴射的充量系數(shù)略高于在進(jìn)氣沖程早期噴氣的充量系數(shù),略低于在進(jìn)氣沖程末期噴氣的充量系數(shù);對(duì)于單次噴射來說,不同的噴氣時(shí)刻均對(duì)應(yīng)不同的最佳點(diǎn)火提前角;當(dāng)θ_(ig)為最佳點(diǎn)火提前角時(shí),在壓縮沖程噴氣的缸內(nèi)壓力峰值、缸內(nèi)平均溫度峰值以及缸內(nèi)NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)都高于在進(jìn)氣沖程噴氣;在進(jìn)氣沖程和壓縮沖程中噴氣,均存在最佳的噴氣時(shí)刻,此時(shí)兩者指示熱效率和指示燃料消耗率相差不大,但壓縮沖程中噴氣的指示平均壓力比進(jìn)氣沖程中噴氣高8.11%。(3)兩次噴射仿真研究結(jié)果表明:通過兩次噴射組織稀薄燃燒,第一次噴射完成后,在點(diǎn)火時(shí)刻附近,缸內(nèi)要形成較為均勻的混合氣;第二次噴射完成后,缸內(nèi)混合氣形成良好的分層,且火花塞附近混合氣較濃,遠(yuǎn)離火花塞區(qū)域混合氣濃度逐漸降低。當(dāng)?shù)谝淮螄姎鈺r(shí)刻和噴氣比例固定時(shí),存在最佳的第二次噴氣時(shí)刻,使得缸內(nèi)混合氣在點(diǎn)火時(shí)刻形成良好的分層;不同的第二次噴氣時(shí)刻,對(duì)應(yīng)著不同的最佳點(diǎn)火提前角;在最佳點(diǎn)火提前角下,存在一個(gè)最佳的第二次噴氣時(shí)刻,使得η_(it)最大;當(dāng)噴氣比例為4:1時(shí),第二次最佳噴氣時(shí)刻為45°CA BTDC。當(dāng)兩次噴氣時(shí)刻固定時(shí),存在一個(gè)最佳的噴氣比例,使得缸內(nèi)混合氣在點(diǎn)火時(shí)刻形成良好的分層;不同的噴氣比例,對(duì)應(yīng)著不同的最佳點(diǎn)火提前角;在最佳點(diǎn)火提前角下,當(dāng)兩次噴氣時(shí)刻都固定時(shí),隨著噴氣比例的增加,發(fā)動(dòng)機(jī)η_(it)先增大后減少;當(dāng)噴氣比例為5:1時(shí),η_(it)最大,此比例為第二次噴氣時(shí)刻為45°CA BTDC的最佳噴氣比例;不同的噴氣比例對(duì)應(yīng)著不同的最佳噴氣時(shí)刻,且隨著噴氣比例的增大,最佳噴氣時(shí)刻提前。在最佳噴氣時(shí)刻下,隨著噴氣比例的增加,η_(it)提高,但增幅不大。(4)對(duì)單次噴射、兩次噴射和進(jìn)氣道噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒特性進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:當(dāng)θ_(ig)為最佳點(diǎn)火提前角時(shí),兩次噴射的η_(it)最高,進(jìn)氣道噴射的η_(it)比單次略高;但由于充氣效率的影響,兩次噴射的IMEP比進(jìn)氣道噴射高10.81%;在燃燒過程中,兩次噴射火焰?zhèn)鞑プ羁?進(jìn)氣道噴射在燃燒初期和燃燒末期火焰?zhèn)鞑タ煊趩未螄娚?因此,兩次噴射缸內(nèi)平均溫度上升最快,且溫度最先達(dá)到最大值;兩次噴射缸內(nèi)最高溫度最大,單次次之,進(jìn)氣道噴射最小;燃燒后期,兩次噴射和進(jìn)氣道噴射溫度下降速度最快,單次噴射略慢;由于兩次噴射溫度上升較快,故其NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較快的增長;當(dāng)缸內(nèi)平均溫度達(dá)到最大值后,NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)也達(dá)到最大值,且此后保持不變,最終,兩次噴射生成的NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大,單次噴射次之,進(jìn)氣道噴射最小。
【關(guān)鍵詞】：CNG發(fā)動(dòng)機(jī) 缸內(nèi)直噴 稀薄燃燒 噴射策略
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U464.174
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 主要符號(hào)注釋表11-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 天然氣燃料的特點(diǎn)13
• 1.3 缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的基本思路13-15
• 1.4 缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容19-22
• 第二章 缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型的建立22-35
• 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)22
• 2.2 一維整機(jī)性能仿真模擬22-27
• 2.2.1 AVL Boost熱力學(xué)基本方程22-23
• 2.2.2 燃燒模型23-24
• 2.2.3 傳熱模型24-25
• 2.2.4 管道流動(dòng)模型25-26
• 2.2.5 AVL Boost原機(jī)模型的建立26-27
• 2.3 三維缸內(nèi)燃燒仿真模擬27-31
• 2.3.1 基本控制方程27-28
• 2.3.2 燃燒模型28
• 2.3.3 流動(dòng)模型28-29
• 2.3.4 NOx排放模型29-30
• 2.3.5 AVL Fire原機(jī)模型的建立30-31
• 2.4 原機(jī)仿真模型的驗(yàn)證及缸內(nèi)直噴模型的建立31-33
• 2.4.1 原機(jī)仿真模型的驗(yàn)證31-32
• 2.4.2 缸內(nèi)直噴CNG模型的建立32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第三章 單次噴射對(duì)缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒特性的影響35-50
• 3.1 噴氣時(shí)刻對(duì)缸內(nèi)混合氣形成過程的影響35-39
• 3.2 噴氣時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的影響39-41
• 3.3 不同噴氣時(shí)刻最佳點(diǎn)火提前角的優(yōu)化41-45
• 3.3.1 點(diǎn)火提前角對(duì)缸內(nèi)平均壓力的影響42-43
• 3.3.2 點(diǎn)火提前角對(duì)瞬時(shí)放熱率和平均燃燒溫度的影響43-44
• 3.3.3 點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能的影響44-45
• 3.4 噴氣時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性和整機(jī)性能的影響45-49
• 3.4.1 噴氣時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能的影響45-47
• 3.4.2 噴氣時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能的影響47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第四章 兩次噴射對(duì)缸內(nèi)直噴CNG發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒特性的影響50-62
• 4.1 兩次噴射的基本思路50
• 4.2 第二次噴氣時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響50-56
• 4.2.1 第二次噴氣時(shí)刻對(duì)缸內(nèi)分層混合氣形成過程的影響50-53
• 4.2.2 第二次噴氣時(shí)刻對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/span>53-54
• 4.2.3 第二次噴氣時(shí)刻最佳點(diǎn)火提前角的優(yōu)化54
• 4.2.4 第二次噴氣時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響54-56
• 4.3 噴氣比例對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響56-59
• 4.3.1 噴氣比例對(duì)缸內(nèi)混合氣濃度分布的影響56-58
• 4.3.2 不同噴氣比例的最佳點(diǎn)火提前角的優(yōu)化58
• 4.3.3 噴氣比例對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響58-59
• 4.4 噴氣比例和噴氣時(shí)刻的三維MAP關(guān)系59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 不同噴射策略對(duì)CNG發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒特性的影響62-69
• 5.1 進(jìn)氣道噴射對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響62-63
• 5.2 不同噴射策略對(duì)CNG發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能的影響63
• 5.3 不同噴射策略對(duì)缸內(nèi)燃燒性能的影響63-67
• 5.3.1 不同噴射策略對(duì)缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/span>64-65
• 5.3.2 不同噴射策略對(duì)缸內(nèi)平均溫度的影響65-66
• 5.3.3 不同噴射策略對(duì)NO_x排放的影響66-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-73
• 6.1 全文總結(jié)69-71
• 6.2 工作展望71-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 在校期間取得的研究成果77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1029304