机车柴油机喷油策略模拟研究

摘要

随着我国内燃机车数量的逐年增长，在拉动国民经济增长的同时，也带来了不容忽视的环境污染问题。为满足日益严格的排放法规，必须采取切实可行的措施来降低机车柴油机的有害排放。由于柴油机的燃烧过程决定了柴油机的排放性能。因此，改善柴油机综合性能最直接有效的手段就是改善缸内燃烧。
　　本文以240ZA型机车柴油机为研究对象，利用数值仿真软件FIRE建立起了该发动机的喷雾燃烧模型，提出了多方案的燃油喷射策略（预喷+主喷、主喷+后喷、预喷+主喷+后喷），通过仿真计算，获得了不同策略下的缸内速度场、温度场以及与燃烧相关的微观场的计算结果。分析了各个喷油策略对柴油机各项性能的影响规律。其主要研究结果有以下几个方面:
　　(1)对于一次预喷射加主喷射的工况，预喷燃油的燃烧可以很好地缩短主喷燃油着火滞燃期，控制主喷时期的燃烧放热率;少量的预喷燃油量（5％循环喷油总质量）结合相对适中的预喷-主喷间隔可以抑制氮氧化物的排放，但是碳烟的排放略有增加。在动力性和经济性方面，预喷策略使比油耗升高，平均有效压力降低，但变动幅值不大。
　　(2)对于主喷射加一次后喷射的工况，后喷策略加强了缸内的气体流动，促进了油气混合，有助于降低碳烟排放。但是在后喷燃油量比较大（10％循环喷油总质量）的工况下，后喷燃油会使缸内燃烧恶化，降低燃烧热效率，反而使碳烟排放升高;就动力性和经济性而言，较小的后喷燃油量（3％循环喷油总质量）加上适当的主-后喷间隔(20°CA)在一定程度上还可以优化缸内燃烧，降低比油耗，提高平均有效压力升高。
　　(3)对于一次预喷射加主喷射加一次后喷射的工况，此喷油策略可以在不恶化柴油机动力性和经济性的同时，同时降低碳烟和氮氧化物排放，并且使缸内燃油放热柔和，降低压力升高率和燃烧噪声，是一种非常有潜力的喷油方式。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 柴油机燃烧特点及排放危害

1．3 柴油机排放控制技术

1．4 现阶段控制策略

1．5 电控燃油喷射系统

1．6 多次喷射技术

1．7 柴油机多次喷射国内外研究现状

1．7．1 柴油机多次喷射国内发展状况

1．7．2 柴油机多次喷射国外发展状况

1．8 本课题研究意义及内容

第2章 机车柴油机工作过程理论基础

2．1 基本控制方程组

2．2 湍动能模型

2．3 喷雾模型

2．3．1 液滴蒸发模型

2．3．2 液滴破碎模型

2．4 燃烧模型

2．5 排放模型

2．5．1 氮氧化物排放模型

2．5．2 碳烟生成和氧化模型

2．6 本章小结

第3章 柴油机建模验证与原机工况分析

3．1 柴油机主要结构参数

3．2 仿真模型的建立

3．2．1 燃烧室三维模型

3．2．2 计算网格的建立

3．2．3 模型边界条件

3．2．4 柴油机计算模型的选取

3．3 仿真模型验证

3．4 原机工况分析

3．5 本章小结

第4章 多次喷射策略对机车柴油机的性能影响预测

4．1 预喷策略模拟结果分析

4．1．1 预喷射对缸内微观场的影响

4．1．2 不同预喷-主喷喷射间隔对柴油机燃烧和性能的影响

4．1．3 不同预喷喷油量对柴油机燃烧和性能的影响

4．2 后喷射策略模拟结果分析

4．2．1 后喷射对缸内微观场的影响

4．2．2 不同主喷-后喷喷射间隔对柴油机燃烧和性能的影响

4．2．3 不同后喷喷油量对柴油机燃烧和性能的影响

4．3 预喷-主喷-后喷喷射策略模拟结果分析

4．3．1 三次喷射对缸内微观场的影响

4．3．2 多次喷射对柴油机燃烧和性能的影响

4．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士阶段发表的论文