燃油喷射参数对柴油机EGR分层燃烧影响的模拟研究

发布时间：2017-11-15 01:19

  本文关键词：燃油喷射参数对柴油机EGR分层燃烧影响的模拟研究

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【摘要】：内燃机燃烧及排放性能之间的折衷关系是内燃机界最具挑战性的问题之一。为了改善柴油机排放，出现很多新型燃烧模式，一般采用较高EGR结合灵活的喷油规律，但较大的EGR率必然引起冷却负担过大和热效率降低等负面问题。为此，提出了EGR分层的概念，希望通过改善缸内进气组分的分布，降低缸内引入EGR量，实现既可有效控制排放物生成又能降低EGR对柴油机的负面影响的作用。本文针对CA6DL2-35E3重型电控共轨系统柴油机，利用STAR-CD软件搭建数值模拟平台，借助时序进气即进气过程分阶段通入不同气体组分形成的缸内EGR分层，模拟分析研究燃油喷射参数的变化对柴油机的燃烧和排放的影响，揭示单因素变量条件下时序进气较均匀进气进一步改善发动机性能的根本原因。 选取以1650r/min，喷油压力为120MPa，喷孔直径为0.186mm，喷油时刻为-8oCA ATDC的单次喷射喷油规律作为原机工况点，借助时序进气方式形成缸内EGR分层，分别调整喷油压力、喷孔直径和喷油时刻对柴油机燃烧和排放进行模拟分析。研究结果表明：时序进气时，随着喷油压力提高和喷孔直径减小，NO和Soot分别单调性增加和减小；燃油雾化质量变好，燃烧得到了改善，指示热效率单调上升；说明提高喷油压力和采用小喷孔直径能够改善发动机性能和降低Soot排放。喷油时刻提前，NO和Soot排放分别单调增大和减小，滞燃期内形成的混合气较多，燃烧更靠近上止点，预混燃烧比例增大，热效率得到了提高。保持喷射参数单因素变量不变时，时序进气较均匀进气NO和Soot排放均有降低，其中原机工况点NO和Soot分别下降33%，13%；却也造成燃油经济性略有恶化。保持相同的缸内CO2率，时序进气方式可实现缸内EGR分层，其中CO2上浓下稀分布，O2下浓上稀分布；主喷燃烧区域存在相对较高的CO2率，滞燃期延长，缸内燃烧温度降低，第一放热率峰值提高，但缸内压力偏低。 模拟分析不同喷油策略对发动机性能影响，明确采用多次喷射条件下时序进气较均匀进气能进一步降低排放的原因。研究结果表明：时序进气时，多次喷射可以进一步降低NO和Soot排放，但也造成燃油经济性恶化及热效率降低等负面影响。由后喷量和主后喷间隔角度变化导致的Soot排放变化分别存在相应的最小值拐点，综合考虑热效率，本模拟中选取后喷量10%，主后喷间隔角4oCA工况点为发动机性能的优化工况点。保持循环喷油量不变，时序进气时采用带后喷的喷油规律，，后喷燃油造成缸内扰动以及滚流运动将引导燃烧室底部较浓的O2及时补充到主喷燃烧造成的缺氧区，改善缸内后期燃烧环境同时利于碳烟后期的氧化。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421.2

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本文编号：1187795