电控高压共轨柴油机EGR率与喷油策略匹配的试验研究与数值模拟

摘要

柴油机为了适应更严格的排放法规必须同时降低NOx和碳烟排放,国内外的研究表明,采用EGR技术和适宜的多次喷射技术能够有效地实现NOx和碳烟排放同时降低,适应更高排放法规的要求。因此,研究 EGR和多次喷射技术对降低柴油机的排放有着重要的意义。
　　本文基于电控共轨高压喷射柴油机,试验研究了多次喷射各参数对柴油机燃烧、油耗和排放的影响。结果表明:较小的预喷油量和适宜的预主喷间隔能够通过提前在缸内放热,提高缸内燃烧温度和压力,减小主喷燃油的滞燃期,降低压力升高率和燃烧放热速率,有效降低柴油机工作噪声和粗暴程度并改善NOx排放;适量的后喷油量和合理的主后喷间隔能够在主喷燃烧的后期进行燃烧放热,氧化前期生成的碳烟,在一定程度上降低油耗和碳烟排放。
　　本文应用CFD软件计算了带EGR和多次喷射的柴油机缸内燃烧过程,并通过试验结果验证了计算模型的有效性和准确性.计算分析了不同EGR率和不同多次喷油策略对缸内流动、燃烧反应和排放生成的影响,结果表明:EGR率越高,放热反应速率越低,燃烧温度越低,燃烧持续期更长,NOx排放得到显著降低,碳烟的生成量会有一定的升高,但匹配合适的主后喷间隔和后喷油量,碳烟的生成量能够得到明显地降低,从而改善了NOx和碳烟排放的折衷关系。
　　本文的创新之处在于提出了共轨式高压喷射多次喷射供油策略的关键点及其变化规律,利用试验研究与三维数值模拟计算结合的方式,探索了EGR率与喷油策略协同优化缸内燃烧反应及其排放生成的规律,对发动机燃烧匹配设计与标定工作具有较高的指导意义。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 柴油机排放控制技术的现状

1.3 本课题研究的内容及意义

2 研究对象及试验装置

2.1研究对象与主要设备

2.2 试验参数说明

3 多次喷射对柴油机性能和排放影响的试验分析

3.1 预喷射油量和正时对柴油机性能排放的影响

3.2 后喷射正时和油量对柴油机性能排放的影响

4 柴油机缸内燃烧三维数值模拟计算模型与方法

4.1 数值模拟网格模型的建立4.1.1 建立燃烧室的几何实体模型

4.2 求解器及计算模型的设置4.2.1 计算时间步长的设置

4.3计算模型的验证

5 EGR与多次喷射的三维数值模拟计算结果及分析

5.1 不同的EGR率对柴油机性能排放的影响

5.2 EGR与喷油策略对柴油机性能排放的影响

6 全文总结及工作展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献