基于喷油规律的柴油机排放控制技术模拟研究

摘要

近年来，降低柴油机NOx排放正日益成为研究的焦点。采用多次喷射技术或HCCI技术可以显著改善柴油机的排放特性。在研究多次喷射和HCCI技术的过程中，模拟仿真由于其周期短、成本低、提供信息具有参考性等特点，发挥着越来越重要的作用。模拟分析来源于工程实践并作用于工程实践，在此过程中，反映了原机性能，提供了优化方案。
　　本文利用AVL Boost和AVL Fire模拟软件建立了原机的模型，并在此基础上，通过多次喷射和HCCI技术优化其NOx排放。由于HCCI的着火过程主要受化学反应动力学影响，对燃烧模型的要求较高，故本文中只在Fire中研究了其对原机性能的影响。在对多次喷射进行模拟时，首先采用AVL Boost软件进行多方案的算例扫描，之后从中选取较优方案，再在Fire软件中进行模拟分析。
　　在对喷油持续期、喷油正时和喷油间隔进行仔细设计的基础上，本文提供了两种可以明显降低NOx排放的多次喷射方案。其设计思想是:在700°CA附近进行一次或两次的提前喷射并使喷出燃油燃烧，主喷期开始于上止点附近。利用预喷射燃油的燃烧过程来提高缸内温度，缩短主喷射喷出燃油的滞燃期，甚至直接点燃主喷期的喷入燃油。模拟结果表明，该种方法可以降低缸内最高爆发压力，降低缸内平均温度，NOx排放可满足TierⅡ或TierⅢ要求，但功率有所下降，油耗有所增高。
　　在采用HCCI技术的模拟仿真过程中，如果喷出燃油全部以预混合的形式燃烧会使缸内最高爆发压力过高，容易引起敲缸和爆震。在考虑柴油机工作稳定性的前提下，可以在部分负荷下，通过采用EGR技术来控制着火正时，降低缸内最高爆发压力。模拟结果表明，该种方法能够使NOx排放满足TierⅢ要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 增压中冷及高压共轨技术简介

1．2．1 增压中冷技术简介

1．2．1 高压共轨技术简介

1．3 柴油机多次喷射技术的研究现状

1．3．1 多次喷射喷油规律的实验研究

1．3．2 多次喷射喷油规律的模拟研究

1．4 柴油机HCCI技术的研究现状

1．5 本课题意义及主要研究内容

2 数值模拟基础

2．1 一维模型简介

2．2 一维模拟中燃烧模型的选取

2．3 三维CFD模型简介

2．4 三维CFD模拟主要控制方程及模拟模型的选取

2．4．1 三维CFD模拟主要控制方程

2．4．2 三维CFD模拟模型的选取

2．5 本章小结

3 一维模型的建立与模拟结果的分析

3．1 研究对象

3．2 一维模型的建立

3．3 模拟结果的验证

3．4 一维模拟结果分析

3．5 本章小结

4 三维模型的建立与模拟结果的分析

4．1 三维模型的建立

4．1．1 原机CAE模型的建立

4．1．2 原机CAD模型的建立

4．2 边界条件和初始条件的选取

4．3 原机模拟结果分析

4．4 本章小结

5 应用多次喷射及HCCI技术对燃烧和排放的影响

5．1 应用多次喷射对燃烧及排放性能的影晌

5．2 采用EGR技术及HCCI技术在50％负荷工况下的模拟研究

5．3 本章小结

6 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢