船用中速高压共轨电控喷油柴油机性能预测研究

摘要

喷油器的结构参数和喷油系统控制策略是高压共轨燃油喷射系统与柴油机匹配设计的关键，直接决定了共轨燃油喷射性能、柴油机的经济性、动力性和排放指标。开展相关技术研究，对我国高压共轨燃油喷射系统的自主研发具有重要的应用参考价值。
　　本文以自主设计的6L16/24-CR型船用中速柴油机高压共轨燃油喷射系统喷油器结构参数及控制策略优化为目标，在建立机械泵喷油式柴油机（原型机）准维模型并试验验证的基础上，获取了建立6L16/24CR型柴油机多维模型的边界条件，通过多维模型研究缸内喷雾、混合气形成、缸内流场和燃烧过程，仿真分析共轨燃油喷射系统不同结构参数和不同控制策略对高压共轨柴油机综合性能的影响，并对喷油器结构参数和控制策略进行综合优化，为高压共轨系统的装机试验奠定基础。论文的主要研究内容如下：
　　（1）对MAN6L16/24型船用中速柴油机的原型机进行了准维建模，仿真结果与原型机实际吻合，仿真模型能够较好的模拟柴油机缸内的工作过程，获得了进气阀关闭时刻缸内的温度，气阀开启和关闭时刻缸内压力、缸内气体质量、废气残余量以及柴油机泵气功等数据，为柴油机的多维建模提供了边界条件。
　　（2）根据准维模型提供的边界条件建立了原型机的多维模型，在此基础上通过改变燃油喷射条件建立了高压共轨柴油机多维模型。研究了高压共轨喷油器的喷孔直径、喷雾锥角、喷嘴凸出高度，共轨轨压和喷油提前角等参数对柴油机燃烧过程和性能的影响，研究发现喷孔直径、轨压影响喷雾贯穿距和混合气的形成速度；喷嘴凸出高度、喷雾锥角和喷射相位影响喷雾在燃烧室中位置和混合气的空间分布。当喷孔直径为0.24mm，喷雾锥角为143°，喷嘴凸出高度为1.0mm，50％负荷下的最优轨压为120MPa，喷油提前角为10°CA时，柴油机整体性能最优。
　　（3）在获得优化的共轨喷油系统结构参数和控制参数的基础上，分析了共轨燃油喷射系统的喷油策略对柴油机燃烧和性能的影响。研究了多次喷射对柴油机NOx和soot排放、油耗的影响，研究发现预喷主要作用于预混燃烧，后喷主要作用于后燃期燃烧速度，后喷量与喷射相位对soot的生成影响较大；当预喷量和后喷量均占循环喷油量的10%，预喷、后喷与主喷相位间隔均为5°CA时，柴油机的整体经济效益最好；对先缓后急喷油策略中的斜坡喷射和靴型喷射进行了探索研究，研究发现与传统共轨矩形喷射策略相比，斜坡喷射和靴型喷射具有基本不提高油耗下降低NOx和soot排放的潜力，特别是soot的排放量，比单次共轨喷射降低了90%。

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第1章 绪论

1.1 研究必要性分析

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 研究方法和手段

1.4 本文的主要研究内容

第2章 MAN6L16/24型柴油机准维模型研究

2.1 仿真软件介绍

2.2 仿真对象介绍

2.3 准维模型的建立

2.4 仿真参数设置与仿真模型的试验验证

2.5 本章小结

第3章 MAN6L16/24型柴油机缸内多维模型研究

3.1 6L16/24型柴油机几何模型

3.2 网格划分

3.3 初始条件与边界条件选取

3.4 缸内计算模型介绍

3.5 数值求解

3. 6 模型结果分析与验证

3.7 本章小结

第4章 共轨机喷油器结构参数对燃烧的影响研究

4.1 6L16/24-CR型柴油机的介绍

4.2 喷雾锥角对柴油机性能的影响

4.3 喷孔直径对柴油机性能的影响

4.4 喷嘴凸出高度对柴油机性能的影响

4.5 喷油压力和喷油提前角对柴油机性能的影响

4.6 优化前后共轨机与母型机性能对比

4.6 本章小结

第5章 多次喷射和其它喷射规律研究

5.1 喷射策略优化的必要性分析

5.2 喷射方案的确定

5.3 预喷对柴油机性能的影响

5.4 后喷对柴油机性能的影响

5.5 预喷、主喷和后喷相互作用对柴油机性能的影响

5.6 先缓后急喷油规律对柴油机性能的影响

5.7 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要参与的科研项目