柴油机燃烧系统参数优化匹配的数值模拟和试验研究

摘要

随着现代工业的发展对柴油机动力性能和经济性能有了更高的标准,而柴油机为了满足更严格的排放法规必须同时降低NOx和碳烟排放。组织匹配和优化燃烧相关参数对于提高柴油机的动力性能和经济性能,同时降低NOx和碳烟排放成为研究工作的重点。
　　本文以一台电控高压共轨、增压中冷的重载柴油机为基础研究机型,建立了柴油机缸内燃烧数值模拟计算模型,研究了燃烧系统相关参数:不同预喷油量、预-主喷间隔的燃油喷射策略、涡流比、喷雾锥角对于柴油机缸内工作过程的影响和对柴油机动力性能、经济性能和排放性能的影响。在数值模拟的基础上,通过发动机性能与排放试验研究了不同的喷油策略对发动机燃烧、性能和排放的影响。
　　数值模拟结果表明预喷油量为2mg,预-主喷间隔角为9°CA时缸内混合气的生成、气体运动的速度分布以及缸内燃烧过程进行最好,该预喷油量能够平衡燃烧过程NOx和SOOT排放。涡流比的增加会增加缸内气体流动,使缸内混合气更加均匀,促进燃烧过程的进行,指示功率增加,平衡NOx和SOOT排放。同时试验研究发现选择合适后喷油量和后喷间隔对于燃烧后期碳烟的氧化起促进作用,从而降低碳烟排放,所匹配的最优后喷油量为3mg,最优主-后喷间隔角为10°CA。
　　本文的创新之处在于在前期工作的基础之上,研究了不同燃烧参数对于柴油机缸内工作过程的影响,并通过试验进行了验证,从而为柴油机燃烧参数的匹配和优化提供了一些理论基础。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 多维燃烧模拟和燃烧优化分析的国内外研究现状

1.3 本课题研究的内容及意义

2 柴油机燃烧过程计算模型和理论方法

2.1 数值模拟计算基本方程

2.2 数值计算方法

2.3 燃烧模型

2.4 排放模型

3 发动机结构参数及试验测量

3.1 发动机结构参数与主要试验设备

3.2 试验参数及策略

4 柴油机缸内燃烧优化数值模型建立及计算模型选择

4.1 数值模拟模型建立

4.2 求解器及计算模型的设置

4.3 计算模型的验证

5 柴油机燃烧系统参数优化匹配数值模拟研究

5.1 预喷油量对柴油机性能及排放的影响

5.2 预-主喷间隔对柴油机性能及排放的影响

5.3 涡流比对柴油机性能及排放的影响

5.4 喷雾锥角对柴油机性能及排放的影响

5.5 本章小结

6 多次喷射对柴油机性能和排放影响的试验分析

6.1 预喷射策略对柴油机性能排放影响的优化匹配

6.2 后喷射策略对柴油机性能排放影响的优化匹配

7 全文总结及工作展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献