基于柴油机负荷变化的供油提前角切换装置的设计与应用

摘要

柴油机具有压缩比高、燃气膨胀充分、热量利用率好、功率大、寿命长的优点，被广泛应用于交通运输、发电、农用机械等领域。由于各国排放法规对内燃机排放物CO、HC、NOx和PM的限制越来越严格，使得如何进一步降低柴油机有害排放量成为国际内燃机界的一个重要研究课题。
　　本文研究针对A498BPG柴油机，从改善柴油机启动、降低排放量的目标出发，提出了基于柴油机负荷变化的供油提前角切换的总体设计方案。对其中的双偏心式提前器进行了力学分析，得出供油提前角与喷油泵转速之间的关系。运用UG三维建模技术，设计了一套基于负荷变化的供油提前角切换装置。该装置可以根据不同工作情况要求，使供油提前角在-8℃A与-18℃A之间切换，以满足柴油机冷起动和正常工作的要求。
　　运用AVL公司三维数值模拟软件，建立了A498BPG柴油机缸内工作过程模型，对A498BPG柴油机的燃烧过程进行了数值模拟。模拟计算结果表明：供油提前角为-18℃A时，碳烟及颗粒物排放量明显低于-8℃A时的情况，降低幅度达80%左右。供油提前角锁定在-8℃A时，NOx排放量远低于-18℃A供油提前角时的情况，降低幅度达67%左右。
　　最后对试验样机进行了验证试验。试验结果表明，柴油机在启动时的供油提前角可以稳定地锁定在-18℃A，碳烟排放及颗粒物得到明显改善。正常工作情况下供油提前角锁定在-8℃A，NOx排放量满足柴油机低NOx排放的要求。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 传统机械离心式提前器的应用

1.3 柴油机喷油正时国内外发展现状

1.4 内燃机数值模拟发展现状

1.5 论文的课题来源、意义及主要研究内容

第二章 供油提前器双偏心块的运动学分析

2.1 引言

2.2 机械离心式双偏心供油提前器的结构和工作原理

2.2.1 双偏心式供油提前器结构

2.2.2 双偏心式供油提前器工作原理

2.3 双偏心块的力学分析

2.4 本章小结

第三章 供油提前角切换装置设计

3.1 引言

3.2 基于UG建模的柴油机可变供油提前角机构设计

3.2.1 可变供油提前角切换装置的工作原理

3.2.2 UG软件简介

3.2.3 零部件建模装配及运动仿真

3.3 电磁执行机构的设计

3.3.1 电磁执行机构的设计要求

3.3.2 电磁执行机构的设计流程

3.3.3 基于UG电磁执行机构的外形设计

3.3.4 电磁铁磁性材料的选取

3.3.5 线圈的设计与计算

3.3.6 复位弹簧的设计

3.3.7 可靠性分析

3.4 温度控制器的设计

3.4.1 温度控制器设计要求

3.4.2 温度控制器的设计方案

3.4.2 温度控制器的可靠性分析

3.5 多触点启动开关设计

3.5.1 多触点启动开关的设计目的和要求

3.5.2 多触点启动开关试验可靠性分析

3.6 本章小结

第四章 柴油机不同供油提前角燃烧过程数值模拟

4.1 引言

4.2 燃烧过程仿真原理

4.2.1 FIRE软件介绍

4.2.2 湍流模型

4.2.3 喷雾模型

4.2.4 燃烧模型

4.2.5 NOx生成模型

4.2.6 碳烟生成模型

4.3 计算网格的建立

4.3.1 ESE-Diesel模块介绍

4.3.2 网格生成

4.4 缸内工作过程模型的建立

4.4.1 边界条件

4.4.2 初始条件

4.4.3 喷嘴的设置

4.4.4 模拟结果和试验结果的验证

4.5 模拟结果分析

4.5.1 缸内平均压力影响

4.5.2 缸内平均温度影响

4.5.3 NO影响

4.5.4 Soot影响

4.6 本章小结

第五章 试验样机的验证与分析

5.1 引言

5.2 试验主要内容

5.2.1 试验设备与试验准备

5.2.2 试验步骤

5.2.4 试验现象

5.3 试验结论分析及后期改进

5.4 供油提前角切换装置的使用说明

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

在校期间发表论文