基于非道路国三排放小功率水冷直喷柴油机燃烧优化研究
发布时间：2023-04-27 02:15
我国非道路柴油机第三阶段排放标准对小功率段柴油机的排放要求甚为严格。我国小功率柴油机主要机型是单缸柴油机,但目前国内外对单缸水冷直喷柴油机的低排放研究较少,因此开展此类柴油机燃烧过程优化的低排放研究具有重要的工程价值与学术意义。本文以我国单缸柴油机的主导机型1115水冷直喷柴油机为研究对象,在分析单缸柴油机低排放可用技术措施、排放试验循环的各工况排放值变化规律、非道路国三排放标准要求的基础上,确定了样机机内净化方案、初次试验各排放物的目标值和标定功率。通过研究柴油机不同燃烧室结构及参数与喷油压力的变化关系,依据试验所测得的喷油压力确定1115柴油机燃烧室基本结构,并利用模拟仿真进行了优化。采用模拟仿真与试验研究相结合的方法,分析柴油机喷油和燃烧过程变化对排放的影响。研究得到供油提前角与NOx排放值的量化关系,给出整机NOx排放小于初次试验目标值(5.2 g/(kW·h))的供油提前角;提高喷油器开启压力及适当增加喷油器流量,改善燃油油束在燃烧室内周向分布的均匀性;减小压缩余隙以增大柴油机压缩比和燃烧室有效燃烧空间,并合理匹配油嘴伸出高度,使油束在燃烧空间分布按轴向等油气混合比分布,提高...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.2 小功率非道路柴油机的排放法规
1.3 满足小功率非道路柴油机排放标准的技术方案研究
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 小功率非道路柴油机喷油系统与燃烧系统的研究
1.4.1 小功率非道路柴油机喷油系统优化
1.4.2 小功率非道路柴油机燃烧系统发展
1.4.3 研究样机燃烧室选型
1.5 本课题主要研究内容
第二章 1115柴油机原机性能试验与分析
2.1 基于国三排放要求1115柴油机标定功率的确定
2.2 试验条件与排放测试循环
2.3 试验台架布置与测试设备
2.4 1115 柴油机原机性能试验与分析
2.4.1 原机负荷特性试验结果与分析
2.4.2 原机高压油管压力和示功图试验与分析
2.4.3 原机整机排放测试结果与分析
2.4.4 原机机油耗测量结果
2.5 燃油油束在燃烧室内分布情况
2.6 本章小结
第三章 1115柴油机供油系统和燃烧系统数值模拟
3.1 喷油系统仿真模拟
3.1.1 喷油仿真软件HYDSIM介绍
3.1.2 喷油系统仿真模型的建立
3.1.3 边界条件及初始条件的设定
3.1.4 仿真模型的验证
3.1.5 典型工况的喷油过程及优化
3.2 缸内燃烧过程仿真模型的建立与验证
3.2.1 燃烧仿真软件FIRE介绍
3.2.2 几何模型的建立
3.2.3 计算网格的划分
3.2.4 计算模型的选取
3.2.4.1 气相湍流流动模型
3.2.4.2 喷雾模型
3.2.4.3 着火及燃烧模型
3.2.4.4 NOx生成模型
3.2.4.5 碳烟生成模型
3.2.5 初始条件及边界条件的确定
3.2.6 仿真模型的验证
3.2.7 燃烧室结构参数的优化
3.3 本章小结
第四章 1115柴油机燃烧过程模拟仿真优化分析
4.1 供油提前角仿真优化
4.1.1 供油提前角对滞燃期的影响
4.1.2 供油提前角对缸内燃烧温度的影响
4.1.3 供油提前角对排放的影响
4.2 喷油器流量仿真优化
4.2.1 喷油器流量对喷油过程的影响
4.2.2 喷油器流量对缸内流体速度场的影响
4.2.3 喷油器流量对燃油浓度场的影响
4.2.4 喷油器流量对油滴汽化速率的影响
4.2.5 喷油器流量对缸内温度场的影响
4.2.6 喷油器流量对缸内压力与排放的影响
4.3 压缩余隙与油嘴伸出高度仿真优化
4.3.1 压缩余隙方案对缸内速度场和浓度场的影响
4.3.2 压缩余隙方案对缸内压力和温度的影响
4.3.3 压缩余隙方案对排放的影响
4.4 生产控制参数对排放一致性的分析
4.4.1 供油提前角变动对排放的影响
4.4.2 压缩余隙变动对排放的影响
4.4.3 油嘴伸出高度变动对排放的影响
4.5 本章小结
第五章 1115柴油机试验优化分析
5.1 供油提前角优化试验
5.2 喷油器流量优化试验
5.3 压缩余隙与油嘴伸出高度优化试验
5.4 整体优化后性能与排放试验结果
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文及专利
本文编号：3802660
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.2 小功率非道路柴油机的排放法规
1.3 满足小功率非道路柴油机排放标准的技术方案研究
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 小功率非道路柴油机喷油系统与燃烧系统的研究
1.4.1 小功率非道路柴油机喷油系统优化
1.4.2 小功率非道路柴油机燃烧系统发展
1.4.3 研究样机燃烧室选型
1.5 本课题主要研究内容
第二章 1115柴油机原机性能试验与分析
2.1 基于国三排放要求1115柴油机标定功率的确定
2.2 试验条件与排放测试循环
2.3 试验台架布置与测试设备
2.4 1115 柴油机原机性能试验与分析
2.4.1 原机负荷特性试验结果与分析
2.4.2 原机高压油管压力和示功图试验与分析
2.4.3 原机整机排放测试结果与分析
2.4.4 原机机油耗测量结果
2.5 燃油油束在燃烧室内分布情况
2.6 本章小结
第三章 1115柴油机供油系统和燃烧系统数值模拟
3.1 喷油系统仿真模拟
3.1.1 喷油仿真软件HYDSIM介绍
3.1.2 喷油系统仿真模型的建立
3.1.3 边界条件及初始条件的设定
3.1.4 仿真模型的验证
3.1.5 典型工况的喷油过程及优化
3.2 缸内燃烧过程仿真模型的建立与验证
3.2.1 燃烧仿真软件FIRE介绍
3.2.2 几何模型的建立
3.2.3 计算网格的划分
3.2.4 计算模型的选取
3.2.4.1 气相湍流流动模型
3.2.4.2 喷雾模型
3.2.4.3 着火及燃烧模型
3.2.4.4 NOx生成模型
3.2.4.5 碳烟生成模型
3.2.5 初始条件及边界条件的确定
3.2.6 仿真模型的验证
3.2.7 燃烧室结构参数的优化
3.3 本章小结
第四章 1115柴油机燃烧过程模拟仿真优化分析
4.1 供油提前角仿真优化
4.1.1 供油提前角对滞燃期的影响
4.1.2 供油提前角对缸内燃烧温度的影响
4.1.3 供油提前角对排放的影响
4.2 喷油器流量仿真优化
4.2.1 喷油器流量对喷油过程的影响
4.2.2 喷油器流量对缸内流体速度场的影响
4.2.3 喷油器流量对燃油浓度场的影响
4.2.4 喷油器流量对油滴汽化速率的影响
4.2.5 喷油器流量对缸内温度场的影响
4.2.6 喷油器流量对缸内压力与排放的影响
4.3 压缩余隙与油嘴伸出高度仿真优化
4.3.1 压缩余隙方案对缸内速度场和浓度场的影响
4.3.2 压缩余隙方案对缸内压力和温度的影响
4.3.3 压缩余隙方案对排放的影响
4.4 生产控制参数对排放一致性的分析
4.4.1 供油提前角变动对排放的影响
4.4.2 压缩余隙变动对排放的影响
4.4.3 油嘴伸出高度变动对排放的影响
4.5 本章小结
第五章 1115柴油机试验优化分析
5.1 供油提前角优化试验
5.2 喷油器流量优化试验
5.3 压缩余隙与油嘴伸出高度优化试验
5.4 整体优化后性能与排放试验结果
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文及专利
本文编号：3802660
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