柴油機(jī)分層預(yù)混壓燃燃燒及多階段高效清潔燃燒過程研究
本文關(guān)鍵詞：世界能源地理研究進(jìn)展及學(xué)科發(fā)展展望，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
《天津大學(xué)》 2010年
柴油機(jī)分層預(yù)混壓燃燃燒及多階段高效清潔燃燒過程研究
于洋
【摘要】：在能源和環(huán)境的雙重壓力下,柴油預(yù)混壓燃燃燒成為目前國際內(nèi)燃機(jī)研究的焦點(diǎn)。但柴油燃料粘度高、揮發(fā)性差、自燃溫度低(十六烷值高)的特性,使得柴油預(yù)混壓燃燃燒中混合氣的制備相當(dāng)困難,快速的混合速率是實(shí)現(xiàn)預(yù)混壓燃燃燒的根本保障。本文從燃油控制和缸內(nèi)狀態(tài)(溫度、壓力)控制出發(fā),以清潔高效柴油預(yù)混壓燃燃燒及多階段燃燒過程為研究對(duì)象,通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)各種物理、化學(xué)因素對(duì)柴油燃燒過程的耦合控制機(jī)理進(jìn)行了研究。 基于間隔調(diào)制多脈沖早期噴油模式的柴油分層預(yù)混壓燃燃燒的試驗(yàn)結(jié)果表明,通過噴油定時(shí)、脈沖間隔時(shí)間、脈沖油量及其比例以及噴射次數(shù)的控制能夠降低未燃油滴損失率,形成不同缸內(nèi)混合氣的濃度和溫度分層。針對(duì)柴油的這種可控分層預(yù)混壓燃燃燒方式,提出了一種基于化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)和湍流混合特征時(shí)間尺度的改進(jìn)燃燒模型。提出了一個(gè)燃料混合不均勻性程度函數(shù)H (φ),由此導(dǎo)出了模型中的湍流混合時(shí)間尺度系數(shù)f,用來表征燃料混合不均勻性程度與湍流混合時(shí)間尺度的關(guān)系,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合良好。調(diào)制多脈沖噴油模式下柴油可控的分層預(yù)混壓燃燃燒的著火過程是分步容積式的,并受燃料分層的強(qiáng)烈影響。缸內(nèi)濃度與溫度的分層,降低了高濃度區(qū)域的溫度,有助于減少NOx。由于高當(dāng)量比的混合氣主要分布在活塞上方的余隙空間,壁面散熱較多,溫度較低,放緩了低溫反應(yīng)速率,而低當(dāng)量比的混合氣反應(yīng)釋放的熱量小,所以混合氣當(dāng)量比的V型分布能夠在分層預(yù)混壓燃燃燒中推遲著火和減緩放熱。 由于分層預(yù)混壓燃燃燒均存在較低的局部燃燒溫度區(qū)域?qū)е翪O和HC排放較高及負(fù)荷較低的問題,進(jìn)一步采用了分層預(yù)混壓燃燃燒和主噴及后噴產(chǎn)生的混合控制的燃燒相結(jié)合的多階段燃燒方案。本研究采用簡(jiǎn)化化學(xué)反應(yīng)機(jī)理并結(jié)合特征時(shí)間燃燒模型對(duì)多階段著火和燃燒的多階段燃燒過程及排放產(chǎn)物進(jìn)行了模擬。在預(yù)混壓燃燃燒階段的著火前平均當(dāng)量比下降到0.2,使得著火推遲,同時(shí)產(chǎn)生較多1400K以下的低溫燃燒區(qū)域并因此產(chǎn)生較多的未燃CO,可以抑制過快的壓力升高率,而且沒有產(chǎn)生NOx。由于較晚的主噴噴霧開始時(shí)處于預(yù)混壓燃燃燒產(chǎn)生的較低的平均缸內(nèi)溫度環(huán)境下,產(chǎn)生了相對(duì)較多的2000K以下和當(dāng)量比低于2的混合氣,溫度高于2600K的混合氣也較少并導(dǎo)致生成較低的NOx,而且由于燃料和氧氣較為充分的混合能夠保持較快的放熱速率,此時(shí)仍然保持了較高的熱效率。通過兩次主噴射來降低單次的主噴油量能夠明顯降低NOx,同時(shí)保持SOOT最終排放與單次主噴時(shí)接近以及54.4%的熱效率。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TK421.2
【目錄】：
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【參考文獻(xiàn)】
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9 李志剛;汽車燃油噴射系統(tǒng)電子控制器軟件研究[D];武漢理工大學(xué);2006年
10 李云鵬;發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射電子控制單元硬件設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2005年
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