本文關(guān)鍵詞：車用柴油機瞬態(tài)工況燃燒劣變及改善策略模擬研究

  更多相關(guān)文章： 柴油機 瞬變工況 預(yù)噴 后噴 燃燒 排放

【摘要】：隨著環(huán)境污染問題的日益加劇,世界各國不斷出臺越來越嚴格的排放法規(guī),因此車用柴油機瞬變工況性能的研究日益得到研究工作者的重視。本論文以CA6DL重型增壓柴油機為研究對象,利用三維流體力學(xué)軟件STAR-CD進行仿真模擬,結(jié)合實驗測得的表觀參數(shù)的規(guī)律性結(jié)果,分析柴油機缸內(nèi)非表觀參數(shù)的分布和變化規(guī)律,揭示柴油機在不同負荷的瞬變工況下缸內(nèi)燃燒和排放的劣變規(guī)律;針對瞬變小負荷工況缸內(nèi)熱力狀態(tài)不良的情況,本研究引入預(yù)噴來探索其對缸內(nèi)熱力狀態(tài)的影響;針對中高負荷工況油氣混合效果不理想、燃燒劣變的情況,本研究提出通過引入后噴來改善缸內(nèi)的流動;制定了以噴油策略為主的優(yōu)化控制策略,實現(xiàn)對柴油機不同負荷工況瞬變性能劣變的有效控制。1、本研究從恒轉(zhuǎn)速增扭矩的瞬變過程中,提取不同加載率瞬變過程的50%負荷工況對應(yīng)的工作循環(huán),以該循環(huán)所得到的試驗參數(shù)做為邊界條件,進行模擬計算。研究結(jié)果表明:柴油機在瞬變工況下燃燒會出現(xiàn)惡化的現(xiàn)象,燃燒速率降低、燃燒相位滯后;從缸內(nèi)物理場演變規(guī)律的角度來看,瞬變工況下缸內(nèi)“油氣混合驅(qū)動能量”降低,造成燃油霧化、蒸發(fā)和混合的速率降低,最終導(dǎo)致缸內(nèi)出現(xiàn)濃混合氣增加、稀混合氣減少的不正常現(xiàn)象;除此之外,缸內(nèi)溫度在1800K2500K之間的單元格比例、當量比φ2的單元格比例和Soot生成區(qū)的單元格比例均高于穩(wěn)態(tài)工況值,造成Soot的排放惡化;但是NOx排放量低于穩(wěn)態(tài)工況的NOx排放量。2、本研究選擇恒定轉(zhuǎn)速增轉(zhuǎn)矩的瞬變過程(1650r/min,5s,0-100%負荷)中25%負荷工況點進行預(yù)噴模擬研究。研究結(jié)果表明:瞬變小負荷工況引入預(yù)噴后,燃燒前期缸內(nèi)壓力升高,甚至超越穩(wěn)態(tài)工況的值;燃燒初期缸內(nèi)平均溫度值低于穩(wěn)態(tài)工況值,但是燃燒后期缸內(nèi)平均溫度值高于穩(wěn)態(tài)工況值;蒸發(fā)率的值明顯高于瞬變無預(yù)噴射工況的蒸發(fā)率的值,并且高于穩(wěn)態(tài)工況的值;燃燒的初期,蒸發(fā)已燃率的值明顯提高,燃燒過程的中后期,剩余燃油率明顯降低,預(yù)噴射量越大,降低越明顯;相同預(yù)噴量下,預(yù)主噴間隔角越大,剩余燃油率降低的越明顯;在預(yù)噴射期間,氧氣驅(qū)動能量增加,當預(yù)噴量大于10%時,氧氣驅(qū)動能量得到明顯改善,甚至高于穩(wěn)態(tài)工況值;在燃燒前期,燃油驅(qū)動能量明顯增加,并高于穩(wěn)態(tài)工況值,燃燒中后期,隨著預(yù)噴量的增加,燃油驅(qū)動能量降低;在主噴之前,總驅(qū)動能量得到改善,當預(yù)噴量大于10%時,總驅(qū)動能量已經(jīng)大于穩(wěn)態(tài)工況的值;NOx的生成量相較于瞬變無預(yù)噴工況出現(xiàn)回升,并接近于穩(wěn)態(tài)工況NOx的生成量;Soot生成量的峰值明顯上升,5%預(yù)噴量和10%預(yù)噴量Soot生成量的峰值上升幅度最大;綜合分析選取預(yù)噴量10%、預(yù)主噴間隔角5°CA最為適合。3、本研究選擇恒定轉(zhuǎn)速增轉(zhuǎn)矩的瞬變過程(1650r/min,5s,0-100%負荷)中50%和90%負荷工況點進行后噴的模擬研究。研究結(jié)果表明:瞬變中高負荷工況引入后噴之后,缸內(nèi)壓力小幅度降低,在燃燒的中期缸內(nèi)平均溫度低于穩(wěn)態(tài)工況的值,燃燒后期缸內(nèi)平均溫度開始升高并且大于穩(wěn)態(tài)工況的值,后噴量越大,升高的越明顯;后噴導(dǎo)致放熱率第二峰值降低,在燃燒后期出現(xiàn)第三次放熱峰值,使燃燒后期缸內(nèi)平均溫度增加,為燃燒后期生成的Soot的氧化提供有利的環(huán)境;燃燒后期,燃油驅(qū)動能量和總驅(qū)動能量增加,油氣混合能力增強,且90%負荷工況燃燒后期驅(qū)動能量上升的更明顯;主噴射階段,較濃混合氣和濃混合氣的峰值比例不斷減少,而稀混合氣量則不斷升高;燃燒后期,較濃混合氣和濃混合氣的比例又會出現(xiàn)上升,稀混合氣比例則呈現(xiàn)反趨勢;說明后噴對燃燒的不同階段、不同質(zhì)量的混合氣形成有效的控制作用;Soot生成峰值降低,缸內(nèi)主噴燃燒溫度降低,NOx排放降低;瞬變50%負荷工況,后噴量為20%時,Soot的最終生成量相較于無后噴的瞬變工況降低了33.3%,NOx最終生成量相較于穩(wěn)態(tài)工況也出現(xiàn)小幅度的降低;瞬變90%負荷工況,后噴量為30%時,Soot最終生成量最大相對于瞬變無后噴工況值降低73.3%;后噴充分利用主后噴間歇期運動過來的氧氣,加強后期燃燒,使Soot氧化速率明顯增加;綜合考慮Soot最終生成量以及指示熱效率和燃油消耗率等因素,認為瞬變中高負荷工況采用25%后噴量為宜。
【關(guān)鍵詞】：柴油機 瞬變工況 預(yù)噴 后噴 燃燒 排放
【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】：U464.172
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 能源與環(huán)境污染問題10-12
• 1.2 車用柴油機排放法規(guī)12-13
• 1.3 電控高壓共軌柴油機多段噴射技術(shù)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 車用柴油機瞬態(tài)工況研究現(xiàn)狀16-19
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容和研究意義19-22
• 第2章 數(shù)值模擬平臺建立22-30
• 2.1 建立模擬平臺23-24
• 2.1.1 研究對象23
• 2.1.2 網(wǎng)格劃分和模型建立23-24
• 2.1.3 模型與算法的確定24
• 2.2 模型驗證24-27
• 2.2.1 初始邊界條件確定24-25
• 2.2.2 模型驗證25-27
• 2.3 本章小結(jié)27-30
• 第3章 瞬態(tài)工況燃燒與排放性能劣變規(guī)律分析30-42
• 3.1 不同加載率瞬變工況的燃燒過程分析30-32
• 3.2 不同加載率瞬變工況的油氣混合過程研究分析32-35
• 3.3 不同加載率瞬變工況的NO_x、Soot排放過程分析35-38
• 3.4 不同加載率瞬變工況的微觀場分析38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-42
• 第4章 預(yù)噴和后噴策略對柴油機瞬態(tài)工況性能的影響42-74
• 4.1 預(yù)噴對柴油機瞬態(tài)小負荷工況燃燒及排放過程的影響42-54
• 4.1.1 預(yù)噴對瞬變小負荷工況燃燒過程的影響43-47
• 4.1.2 預(yù)噴對瞬變小負荷工況油氣混合過程的影響47-51
• 4.1.3 預(yù)噴對瞬變小負荷工況NO_x、Soot排放的影響51-53
• 4.1.4 預(yù)噴對瞬變小負荷工況影響的微觀場分析53-54
• 4.2 后噴對柴油機瞬變中高負荷工況燃燒及排放過程的影響54-70
• 4.2.1 后噴對瞬變中高負荷工況燃燒過程的影響56-58
• 4.2.2 后噴對瞬變中高負荷工況油氣混合過程的影響58-61
• 4.2.3 后噴對瞬變中高負荷工況Soot和NO_x排放的影響61-65
• 4.2.4 后噴對瞬變中高負荷工況指示熱效率的影響65
• 4.2.5 后噴對瞬變中高負荷工況Soot排放微觀場機理分析65-70
• 4.5 本章小結(jié)70-74
• 第5章 全文總結(jié)及工作展望74-78
• 5.1 全文總結(jié)74-76
• 5.2 工作展望76-78
• 參考文獻78-84
• 作者簡介及科研成果84-85
• 致謝85

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 羅福強,湯文偉,高宗英;柴油機瞬變工況下某些噴油及性能參數(shù)變化的研究[J];內(nèi)燃機學(xué)報;1992年03期

2 譚丕強;馮謙;胡志遠;樓狄明;;車用柴油機瞬變工況的排放特性[J];工程熱物理學(xué)報;2012年10期

3 雷英漢;離心泵的瞬變過程性能研究[J];推進技術(shù);1988年04期

4 張加恩;張世富;;長輸管道泄壓閥水力瞬變分析及瞬變工況測試[J];閥門;2009年05期

5 張龍平;劉忠長;田徑;許允;張文杰;董春曉;;柴油機瞬變工況的動態(tài)響應(yīng)及燃燒劣變分析[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2014年02期

6 賈繼德,傅立峰,劉志剛,張平,李曉峰,孔凡讓;基于瞬變工況階比跟蹤的內(nèi)燃機監(jiān)測方法研究[J];振動工程學(xué)報;2005年03期

7 羅福強,高宗英;柴油機瞬變工況瞬時轉(zhuǎn)速及工作過程測量分析系統(tǒng)[J];內(nèi)燃機工程;1996年01期

8 周峰;劉敬平;陽焱屏;唐琦軍;;多限定參數(shù)條件下增壓柴油機瞬變過程仿真[J];內(nèi)燃機工程;2014年04期

9 王國強,楊晨俊;瞬變工況下螺旋槳性能[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;1997年11期

10 劉敬平;趙智超;唐琦軍;廖誠;楊漢乾;;一種內(nèi)燃機瞬變過程狀態(tài)與性能參數(shù)的準確檢測方法[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2014年01期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 韓恒;EGR和噴油參數(shù)對柴油機瞬變性能的影響[D];吉林大學(xué);2016年

2 牛吉祥;車用柴油機瞬態(tài)工況燃燒劣變及改善策略模擬研究[D];吉林大學(xué);2016年

3 張碩;發(fā)動機瞬變工況性能與傳熱關(guān)聯(lián)研究[D];吉林大學(xué);2014年

4 陳虹全;基于CAN通信的EGR閉環(huán)控制策略研究[D];吉林大學(xué);2012年

，

本文編號：869039