四缸增压中冷柴油机排放控制的模拟及试验研究

发布时间：2017-10-10 09:00

  本文关键词：四缸增压中冷柴油机排放控制的模拟及试验研究

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【摘要】：柴油机具有动力性强、经济性好、热效率高等特点,应用越来越广泛。但伴随环境保护的愈加重要,世界各界对排放法规的要求都愈加严厉。柴油机的主要排放物是NOX和PM,其中PM是造成现在雾霾的主要原因之一,这些给柴油机的发展带来了严峻的挑战。因此如何有效的降低柴油机的主要污染物,是各国都在努力解决的问题。对减少柴油机的排放进行研究对走自主开发路线和振兴我国柴油机品牌的竞争力有极其重要的意义。本文分析了柴油机主要排放物的生成机理和相应的危害,并对国内外控制柴油机排放物的技术措施进行了综述。文章以国产某型号四缸增压中冷柴油机为研究对象,通过模拟和试验对该柴油机的排放控制进行研究,并做出排放的优化改进。本文论述了缸内数值模拟的三维计算模型以及数值计算方法,对湍流模型、喷雾模型、着火和燃烧模型、排放模型进行了分析和选择。根据柴油机实际参数进行相关参数和边界条件的设置。模型所得气缸压力结果与实验结果吻合较好。运用计算软件对气体流动和燃烧等过程进行了数值计算,分析了喷油正时、喷孔直径、油嘴伸出量对燃烧参数的影响。分析了缸内燃油蒸发率、燃空当量比的分布特点以及缸内平均温度、平均压力和放热率的变化情况,并对排放做出了预测。结果表明:减小喷油提前角,混合气的滞燃期缩短,燃油蒸发率降低,着火时刻混合气分布范围较小,缸内最高燃烧温度和最高燃烧压力减小;随着喷油器孔径的减小,缸内混合气混合的更加均匀,过浓混合气区域减少,混合气燃烧的更加充分,放热率曲线向前平移,整个燃烧过程相对提前,与此同时,缸内的最高燃烧温度和最高燃烧压力都相对提高。搭建排放试验台架,根据排放试验的相关要求进行排放对比试验。通过对柴油机进行不同工况下的排放对比试验,研究压缩比、喷油正时、喷油器压力室、喷孔直径、油嘴伸出量和喷油器开启压力对柴油机排放特性和燃油经济性的影响,为样机优化提供参考方案。试验表明:压缩比由16.7增加到17.7,柴油机的NOX生成量增大,其在低转速时这种变化最明显,压缩比为16.7时,碳烟生成量最高,压缩比升高到17.2时,各工况下碳烟的生成量都降低,压缩比继续升高到17.7时,碳烟的生成量没有继续下降而是有所上升;NOX生成量随着喷油提前角的减少有明显的降低,但是烟度值和燃油消耗率有一定的增加;无压力室喷油器碳烟的生成量减小,但NOX的生成量会增加,燃油消耗率变化很小;除了2850r/min转速的中高负荷情况,柴油机的NOX生成量随着喷孔直径的减小而增大,碳烟的生成量和燃油消耗率则随着孔径的减小而减小,但是转速为2850r/min时,喷孔直径最小喷油器的碳烟生成量最大,与其他转速下呈现相反的趋势;随着油嘴伸出量的增加,柴油机的NOX生成量逐渐增大,碳烟的生成量逐渐减小,燃油消耗率略有减小;喷油器的开启压力的增加导致柴油机的NOX生成量变大,但是碳烟生成量有所减少,并且转速越低,负荷越小时这种影响更明显。试验最终选取了压缩比为17.2的燃烧室,喷油器选用7×0.155mm无压力室喷油器,开启压力设为25MPa,通过垫片调节油嘴伸出量为3.67mm。
【关键词】：柴油机 喷油器 燃烧 排放 数值模拟
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK427
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 柴油机主要排放物的危害12
• 1.3 柴油机主要排放物的生成机理12-15
• 1.3.1 柴油机排放物NOX的生成机理12-13
• 1.3.2 柴油机排放物PM的生成机理13-14
• 1.3.3 柴油机排放物CO的生成机理14
• 1.3.4 柴油机排放物HC的生成机理14-15
• 1.4 柴油机的排放法规15-16
• 1.5 改善柴油机排放的主要技术措施16-22
• 1.5.1 机前处理（燃料处理）16-17
• 1.5.2 机内净化技术17-20
• 1.5.3 后处理技术20-22
• 1.6 课题的提出22
• 1.7 课题主要研究内容22-24
• 第二章 柴油机燃烧模拟模型的建立及验证24-32
• 2.1 计算对象24
• 2.2 几何模型和网格模型的建立24-25
• 2.3 仿真模型的选择25-29
• 2.3.1 湍流模型25-26
• 2.3.2 喷雾模型26-27
• 2.3.3 着火和燃烧模型27-29
• 2.3.4 排放模型29
• 2.4 边界和初始条件的设置29-30
• 2.5 模型的验证30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 模拟计算结果和分析32-42
• 3.1 喷油正时对柴油机燃烧过程的影响32-36
• 3.1.1 喷油正时对滞燃期的影响32-33
• 3.1.2 喷油正时对燃烧的影响33
• 3.1.3 喷油正时对混合气形成的影响33-36
• 3.2 喷孔直径对油气混合以及燃烧的影响36-38
• 3.2.1 喷孔直径对油气混合的影响36-38
• 3.2.2 喷孔直径对燃烧的影响38
• 3.3 油嘴伸出量对柴油机燃烧过程的影响38-40
• 3.3.1 油嘴伸出量对油气混合的影响38-40
• 3.3.2 油嘴伸出量对燃烧的影响40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 柴油机排放对比试验42-70
• 4.1 试验发动机主要参数42
• 4.2 试验台架布置和仪器名称42-43
• 4.3 试验条件43
• 4.4 试验方法43-45
• 4.5 排放试验结果及分析45-68
• 4.5.1 压缩比对比45-49
• 4.5.2 喷油正时对比49-55
• 4.5.3 有无压力室喷油器比较55-58
• 4.5.4 喷油器孔径对比58-62
• 4.5.5 开启压力62-65
• 4.5.6 油嘴伸出量对比65-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第五章 全文总结与工作展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 工作展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 在学校期间发表的论文77

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本文编号：1005454