小缸径涡流室柴油机燃烧过程与排放性能的研究

摘要

我国已经成为世界单缸柴油机的生产基地，产销量占全球单缸柴油机总量的90％，其中缸径＜80mm的小型柴油机年产量达294万台。缸径＜80mm的单缸柴油机多采用涡流室燃烧系统，近年来国内小型涡流室柴油机的基础研究少见报道，虽然我国国Ⅱ非道路柴油机排放标准已执行了三年，但满足该排放标准的小型涡流室柴油机相关报道甚少。因此开展小缸径涡流室柴油机低排放高性能研究有重要学术意义和工程实用价值。
　　 本文以轻量化170F涡流室柴油机为研究样机，以试验与模拟计算相结合的方式，分析涡流室结构参数、喷油性能对发动机性能的影响。研究结果表明:170F柴油机涡流燃烧室连接通道截面面积较小，节流损失较大，主燃烧室导流槽深度较浅，不利于气流导向组织有规律的涡旋，优化燃烧室结构参数后，柴油机性能有所改善，但柴油机烟度及排放性能仍达不到强制标准的限值要求;创新设计的长型轴针式喷油嘴，解决了使用中喷油嘴热负荷高易咬死、喷油嘴受安装力作用破坏座面密封造成滴漏的问题，还减少了喷油器安装在燃烧室内形成的不规则容积。CFD计算分析得出用长型喷油嘴较短型喷油嘴，涡流室内气体流动性能改善。利用HYDSIM软件对170F柴油机的喷油系统进行模拟，通过减小针阀流通截面与针阀升程，标定工况最大喷油压力从18.5 MPa提高到21.5MPa，工作范围内喷油特性明显改善，试验结果表明优化后的喷油系统最大喷油压力比原机提高了20.5％。
　　 对170F柴油机进行性能试验，原机标定工况的燃油耗为326.5g/(kW·h)、烟度值为6.2FSU;优化燃烧室结构参数后燃油耗下降到315.2g/(kW·h)，烟度值下降到4.8FSU;采用优化喷油参数的长型轴针式喷油嘴，最终柴油机标定工况的燃油耗为283.5g/(kW·h)、烟度值为0.8FSU;分别采用固定用（5工况）和移动用(8工况)测试循环对整机进行排放试验，排放值均达到现行国Ⅱ的排放标准。研究结果表明喷油嘴参数和结构与小型涡流室柴油机不匹配是我国此类柴油机性能差的主要原因，研究工作可作为小型涡流室柴油机性能优化的示例。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 非道路用柴油机排放标准

1．3 涡流室柴油机国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本课题研究内容

第二章 170F柴油机原机试验结果分析与讨论

2．1 170F柴油机基本参数

2．2 170F柴油机性能试验与分析

2．3 170F柴油机涡流室结构参数分析

2．4 170F柴油机喷油嘴

2．4．1 喷油器安装方式分析

2．4．2 长型轴针式喷油嘴设计

2．4．3 涡流室流场分

2．5 本章小结

第三章 170F柴油机喷油性能模拟与分析

3．1 AVL-HYDSIM软件介绍

3．2 170F柴油机喷油模拟计算

3．2．1 模型建立

3．2．2 初始条件和边界条件

3．2．3 喷油模拟计算结果与分析

3．2．4 对喷油系统的改进

3．3 本章小结

第四章 170F柴油机优化试验对比与分析

4．1 170F柴油机改进

4．1．1 改进涡流室和主燃烧室

4．1．2 短型喷油嘴、长型轴针式喷油嘴

4．2 170F柴油机优化试验

4．2．1 试验内容

4．2．2 试验台与试验仪器介绍

4．2．3 涡流室连接通道优化试验

4．2．4 主燃烧室优化试验

4．2．5 供油提前角调整试验

4．2．6 嘴端压力试验

4．2．7 整机优化性能与排放试验

4．3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及专利