电控柴油机掺烧丁醇低温燃烧性能仿真研究

摘要

能源资源的紧缺和日益严格的排放法规使得发动机节能减排成为内燃机科研工作者们研究的重点，寻找替代能源以及开发新型燃烧模式是实现节能减排的有效措施。低温燃烧模式通过降低燃烧温度可以抑制氮氧化物和碳烟排放的生成条件，而在柴油中掺混丁醇，利用丁醇的含氧特性可以达到改善低温燃烧特性的目的。本文基于电控化改造后的4190型柴油机系统，探究了柴油-丁醇混合燃料的燃烧特性，通过优化喷油压力、喷油定时和进气压力来提高燃烧质量，实现高效燃烧的可行性。
　　首先，为了提高燃油喷射系统喷油压力，利用AMEsim仿真软件建立了电控单体泵燃油喷射系统模型，根据实验数据修正并验证了模型的准确性。基于模型运用正交试验设计方法安排燃油喷射系统参数仿真计算，进而分析燃油系统参数对喷射特性的影响。结果表明:各参数对喷油压力影响程度由强到弱依次为:柱塞直径、油管直径、凸轮型线速度、喷孔数×喷孔直径（流通面积不变）、油管长度;在喷嘴流通面积不变的基础上，单纯依靠改变高压油管长度或者半径来改变喷油压力的效果不显著。
　　其次，利用AVL FIRE软件建立缸内燃烧高压循环模型，并为柴油-丁醇混合燃料选择合适的化学反应机理文件耦合软件，以及设置了适当的初始条件、边界条件及子模块，最后通过缸压曲线仿真值与试验值对比验证了模型的准确性，从而建立柴油-丁醇混合燃料燃烧模型。
　　最后，通过耦合AMEsim和AVL_ FIRE软件实现燃烧模型不同的燃油喷射压力，以及引入废气再循环实现低温燃烧，从而研究分析了喷油压力、丁醇掺混比、EGR率、喷油提前角和进气压力对混合燃料燃烧性能和排放的影响。分析结果表明:提高喷油压力，可以改善油气混合均匀度，使得雾化效果变好;引入废气再循环后，缸内燃烧平均温度可以降低到1650K以下，实现了低温燃烧，NO排放量显著降低，10％以上EGR率相对于原机的NO排放质量分数约下降90％;柴油中掺混丁醇可以明显改善低温燃烧，抑制了碳烟和CO生成。柴油-丁醇混合燃料B10在15％EGR率和B20在12.5％EGR下的仿真结果表明，增大喷油提前角使得NO排放升高，但CO排放显著降低;提高进气压力，动力性和经济性改善明显，同时NO和CO排放降低，但碳烟前驱物A4转化为Soot的质量分数提高。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景

1．1．1 船舶发动机面临的问题

1．1．2 解决途径

1．2 柴油掺烧丁醇燃料研究的国内外现状

1．2．1 丁醇燃料的优点

1．2．2 柴油掺烧丁醇燃料国内外研究现状

1．3 低温燃烧—内燃机新型燃烧方式

1．4 本文研究主要内容

第2章 电控组合泵燃油喷射系统仿真研究

2．1 AMESim软件介绍

2．2 电控组合泵组成、工作原理

2．2．1 机械液力系统

2．2．2 电子控制系统

2．2．3 电控组合泵燃油喷射系统工作过程原理

2．3 电控单体泵燃油喷射系统计算模型建立与验证

2．3．1 燃油喷射系统数学模型

2．3．2 电控单体泵燃油喷射系统计算模型建立

2．3．3 AMESim燃油喷射系统计算模型的实验验证

2．4 研究内容、方法及结果分析

2．4．1 燃油喷射系统参数匹配

2．4．2 正交试验设计方法安排仿真计算

2．4．3 仿真结果方差分析

2．5 本章小结

第3章 丁醇-柴油混合燃烧CFD模型建立与验证

3．1 AVL_FIRE简介

3．2 燃烧化学反应机理的选择

3．3 AVL_FIRE计算模型建立与验证

3．3．1 发动机基本参数

3．3．2 计算网格划分

3．3．3 求解器参数设置

3．3．4 模型验证

3．4 本章小结

第4章 柴油机掺烧丁醇低温燃烧仿真研究

4．1 喷油压力对燃烧与排放性能的影响

4．1．1 喷油压力对柴油机燃烧的影响

4．1．2 喷油压力对柴油机性能的影响

4．1．3 喷油压力对柴油机排放的影响

4．2 丁醇掺混比例和EGR率对燃烧与排放性能的影响

4．2．1 丁醇柴油混合燃料特性分析和EGR参数设置

4．2．2 丁醇掺混比例和EGR率对柴油机燃烧的影响

4．2．3 丁醇掺混比例和EGR率对柴油机性能的影响

4．2．4 丁醇掺混比例和EGR率对柴油机排放的影响

4．3 喷油提前角对燃烧与排放性能的影响

4．3．1 喷油提前角对柴油机燃烧的影响

4．3．2 喷油提前角对柴油机性能的影响

4．3．3 喷油提前角对柴油机排放的影响

4．4 进气压力对燃烧与排放性能的影响

4．4．1 进气压力对柴油机燃烧的影响

4．4．2 进气压力对柴油机性能的影响

4．4．3 进气压力对柴油机排放的影响

4．5 本章小结

5．1 全文总结

5．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的学术论文