柴油撞壁后喷雾特性对柴油机燃烧过程的影响

摘要

柴油机燃油撞壁对缸内混合气的形成以及燃烧过程有重要的影响。本文利用高速纹影摄像技术，试验研究了不同喷油压力、环境背压、喷油器喷孔夹角、喷孔与活塞顶面间的撞壁距离、燃烧室结构参数对撞壁后柴油喷雾特性的影响。在此基础上，利用CONVERGE三维模拟软件构建了柴油撞壁和柴油机燃烧过程模型，并进行了模型验证，模拟研究了不同燃烧室结构参数和喷油策略对柴油机燃烧过程的影响。 撞壁后的喷雾特性试验研究表明，随着喷油压力的升高和环境背压的降低，撞壁后的喷雾沿活塞顶部和燃烧室凹坑的扩散距离均增大。调整喷油压力和环境背压可以改变撞壁后的喷雾扩散过程。增大喷孔夹角促进喷雾撞壁后的燃油与空气混合，但是过大的喷孔夹角会增加油束撞击气缸盖底面和气缸套壁面的风险；较小的撞壁距离会增加喷雾液滴在凹坑区域的碰撞与粘结，而较大的撞壁距离不利于燃烧室中心区域的空气利用。此外，适当增大燃烧室缩口半径可以促进燃油与空气的混合，并减小燃烧室壁面的燃油湿壁面积；对燃烧室开设缩口倒角有利于更多的缸内空气参与燃油雾化；而改变燃烧室凸台夹角可以控制撞壁后喷雾在燃烧室中心区域的扩散速度。 燃烧过程的模拟计算结果表明，在循环喷油量为47.6 mg、转速为2200 r/min的条件下，适当增大缩口直径可以提高燃烧室凹坑区域的气流速度，促进燃油与空气的混合，而过大的缩口直径使得缸内挤流强度降低，引起混合气扩散运动的减弱；适当增大凸台夹角可以增强燃烧室中心区域的湍流强度，有利于最大放热率的提高，而过大的凸台夹角会减弱凹坑区域的气流速度，不利于燃油的快速燃烧。在转速分别为1200 r/min、2200 r/min和3200 r/min的条件下，不同燃烧室结构柴油机的气缸压力和放热率曲线差异均随转速的增大而减小，较大缩口直径和凸台夹角的燃烧室对转速的适应性更强，燃烧放热速度更快。在燃烧室结构相同时，主喷提前角主要影响柴油机缸内燃空当量比为0.6~1.0的混合气自燃时刻，进而影响燃烧放热过程和平均指示有效压力幅值；预喷燃油比例主要改变预混燃烧阶段燃空当量比为0.6~1.0的混合气质量分布，进而控制柴油机的燃烧放热速度。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 柴油机的燃烧方式

1.3 柴油撞壁后的喷雾特性研究现状

1.4 柴油机燃烧室结构的研究现状

1.5 柴油机喷油策略的应用与发展

1.6 本文的研究内容及意义

第二章 柴油撞壁的可视化试验装置及方法

2.1 柴油撞壁可视化试验装置

2.2 柴油撞壁后的喷雾特性测试方法

2.3 喷雾图像的处理方法

2.4 撞壁喷雾特征参数的定义

2.5 柴油撞壁后的喷雾特性试验方案

2.6 本章小结

第三章 柴油撞击燃烧室壁面后的喷雾特性可视化研究

3.1 喷油压力和环境背压对柴油撞壁后喷雾特性的影响

3.2 燃烧室与喷油器相对位置对柴油撞壁后喷雾特性的影响

3.3 燃烧室结构参数对撞壁后喷雾特性的影响

3.4 本章小结

第四章 燃烧室结构对柴油机燃烧过程影响的模拟

4.1 柴油机燃烧过程模型的建立和验证

4.2 燃烧室缩口直径对柴油机燃烧过程的影响

4.3 燃烧室凸台形状对柴油机燃烧过程的影响

4.4 两次喷油策略对柴油机燃烧过程的影响

4.5 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢