EGR冷却温度和多段喷射对OPOC发动机燃烧与排放的影响研究

摘要

OPOC发动机是一种以结构简单、紧凑、噪声小、功率高、油耗低著称的二冲程发动机。但目前为止该发动机仍停留在发动机台架试验状态，迟迟不能面世，距其市场化还有许多的技术难题需要解决。前期针对OPOC发动机的研究主要以发动机扫气过程或进、排气口为研究内容，对其燃烧与排放的研究不足，本文从EGR率、EGR冷却温度和多段喷射三个角度着手研究其对OPOC发动机燃烧和排放性能的影响，以期加快OPOC发动机的研制工作。 首先以OPOC发动机为研究对象，借鉴传统发动机研究的理论方法，搭建OPOC发动机一维整机模型，并验证其可靠性。在此基础上以发动机左缸为研究对象，搭建OPOC发动机三维燃烧模型，并验证。 在已验证的一维整机模型的基础上，设计了EGR率控制方案，通过EGR阀的开度调节EGR率；在EGR率不变的基础上，设计了EGR冷却温度控制方案，通过EGR中冷器控制废气的冷却温度；仿真分析不同EGR率和EGR冷却温度对OPOC发动机缸内压力、温度、放热率、动力性以及排放特性的影响。结果表明：随着EGR率的增大，缸内燃烧压力的峰值随之降低，且出现时刻随EGR率的增加出现后移趋势，缸内平均温度也明显降低并向后推移，最大放热率也随之降低，NO和碳烟的生成受到抑制，但当EGR率大于62%时缸内燃烧急剧恶化；当EGR冷却温度降低时，缸内平均温度和放热率的峰值随之降低，但在大EGR率的情况下EGR冷却温度的变化对缸内压力的变化影响不大，NO和碳烟也随EGR冷却温度的降低而降低。 最后运用已验证的可靠的发动机三维仿真模型，结合正交实验的方法研究多段燃油喷射参数（燃油喷射量、燃油喷射间隔）间相互影响对OPOC发动机燃烧与排放的影响。并采用相关性分析、极差分析和方差分析三种分析方法对结果进行分析，最终结果表明：①后喷量是影响缸内平均指示压力的首要因素，其中后喷量增大会引起缸内平均指示压力下降。预喷量是影响指示氮氧化物和指示碳烟排放量的首要因素，其中预喷量的增大会引起指示氮氧化物增大和指示碳烟排放量减小。②平均指示压力可以有效的体现OPOC缸内循环热效率和性能的影响，适用于对三段燃油喷射策略的评价，OPOC柴油机在使用三段燃油喷射时最大燃油喷射策略是，预喷燃油量为10%，预-主喷间隔为30deg，后喷燃油量为5%，主-后喷间隔为30deg。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 OPOC发动机的起源

1.3 OPOC发动机的优点与缺点

1.3.1 优点

1.3.2 缺点

1.4 OPOC发动机的国内外研究现状

1.4.1 国外现状

1.4.2 国内现状

1.5 本文的研究内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

第2章 建立发动机仿真模型及验证

2.1 OPOC发动机的工作原理

2.2 OPOC发动机缸内燃烧过程

2.3 一维工作过程仿真模型

2.3.1 模型的选择

2.3.2 一维仿真模型的建立

2.3.3 一维仿真模型的验证

2.4 三维缸内燃烧过程仿真建模

2.4.1 模型及参数的选择

2.4.2 三维仿真模型的建立

2.4.3 仿真模型验证

2.5 一、三维仿真与试验的误差分析

2.6 本章小结

第3章 EGR率和EGR冷却温度对OPOC发动机燃烧与排放的影响

3.1 废气再循环理论研究

3.2 不同EGR率对发动机燃烧与排放的影响

3.2.1 EGR率方案设计

3.2.2 EGR率对发动机性能的影响

3.2.3 EGR率对发动机排放的影响

3.3 EGR冷却温度对发动机燃烧与排放的影响

3.3.1 EGR冷却温度方案设计

3.3.2 EGR冷却温度对发动机性能的影响

3.3.3 EGR冷却温度对发动机排放的影响

3.4 本章小结

第4章 多段燃油喷射对OPOC柴油机燃烧与排放的影响

4.1 三段燃油喷射

4.2 三段燃油喷射关键参数优化

4.2.1 正交优化方法

4.2.2 优化目标分析

4.2.3 优化函数的建立

4.2.4 因素水平的确定及正交计算方案

4.3 三段喷射方式对OPOC柴油机性能影响及正交试验分析

4.3.1 三段喷射对OPOC发动机性能的影响

4.3.2 OPOC柴油机正交试验分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢