基于内部废气再循环的小型非道路柴油机燃烧特性与排放性能优化研究

发布时间：2020-03-22 09:38

【摘要】：小型非道路柴油机具有结构紧凑,价格适宜,使用维修方便等特点,有着广阔的市场,但随着能耗与污染问题不断凸显,其节能减排控制已成为人们关注的焦点。因此,本文针对小型非道路柴油机结构特征和成本限制问题,引入内部废气再循环技术,研究内部废气再循环对柴油机燃烧特性与排放性能的影响,并通过电控燃油喷射系统参数的协同控制,实现排放性能优化。首先,基于AVL BOOST软件建立样机的热力学计算模型,在验证模型准确性的基础上,通过热力学模拟计算验证了采用排气门二次开启实现内部废气再循环的可行性,研究了排气门二次开启始点、凸轮升程、持续期对内部EGR率、功率及燃油消耗率的影响规律,完成了内部废气再循环实施方案的设计。研究表明:随着排气门二次开启时刻的推迟,内部EGR率不断下降,尤其在477°CA后显著降低;二次开启升程的增加有利于内部EGR率的提高,但是当升程大于1.2 mm时,动力性和经济性开始恶化;二次开启持续期对内部EGR率、功率及燃油消耗率影响较小。其次,通过进行发动机缸内压力采集、台架与排放性能测试,研究了内部EGR对小型非道路柴油机排放性能与燃烧特性的影响规律,试验结果表明:保持其他燃烧参数不变的条件下,各个内部EGR方案下的排放性能有着明显的差异,其中方案1在降低NO_x排放方面有着明显的优势,相比于原机而言,NO_x加权排放降低了11.9%,HC和NO_x总的加权排放降低9.1%,Soot排放和CO排放虽然有所上升,但与法规限值相比仍有较大的裕度。通过燃烧特征分析得知,引入内部EGR后,缸内最大燃烧压力峰值有所增加,且对应的曲轴转角有所提前,各工况下高温相位有所推迟,燃烧持续期略有增加;全负荷工况下,滞燃期缩短,瞬时放热率峰值增加;而小负荷工况下,滞燃期略有延长,瞬时放热率峰值则有所降低。最后,研究了引入内部EGR前后燃油喷射正时对发动机排放性能与燃油经济性的影响规律,并以不同的优化目标分别完成了内部EGR条件下电控燃油喷射策略优化。结果表明:在引入内部EGR后结合喷油正时的调整能够有效改善NO_x和HC总的排放,且能在部分工况同时降低CO的排放;以HC和NO_x总排放为优化目标,喷油策略优化后HC和NO_x总排放较原机降低17.6%,Soot和CO排放虽有所增加,但仍距排放法规限制仍有较大裕度;保持HC和NO_x总排放性能与原机相当的条件下以燃油经济性为优化目标,喷油策略优化后燃油经济性提高6.4%。
【图文】：

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Tab.2. 1 Main parameters of the diesel engine2.1.2 计算模型的建立使用AVL-BOOST软件建立EH20原型机的热力学计算模型，如图2.1所示。图 2. 1 原机热力学计算模型Fig.2. 1 Thermodynamic calculation model of original engine其中，SB1 与 SB2 为系统边界，，前者需要输入进气管道环境温度和压力作为进气边界条件，后者需要输入排气管环境温度和压力作为排气边界条件。CL1 为项目参数发动机型式直喷式、单缸、水冷、四冲程缸径×行程（mm） 105×120总排量（L） 1.039压缩比 19标定功率（kW） 13.3标定功率转速（r/min） 2200最大转矩（N m） 64最大转矩转速（r/min） 1320进、排气凸轮升程（mm） 7.5

照片,柴油机试验台,实物,照片

D涡流的强弱可采用无因次参数涡流比 /Dn n ，用定气道进出口压差来测定升程vh 下的。测量的涡流比数据作为仿真计算的输入条件。（5）燃烧模型鉴于柴油机复杂的燃烧过程，缸内气体温度与压力取决于燃烧时的放热规响了热力过程，对柴油机动力、排放及经济性都产生总要影响。为了有计算，AVL BOOST 提供了 Vibe, Double Vibe, Multiple Vibe, AVL Mschni/Anisi,等燃烧模型。本次计算采用 Vibe 燃烧放热模型，相应参数根实际参数输入。模型验证.1 试验台架及主要设备图 2.2、2.3 分别为试验台架实物照片和示意图。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK421.5

【参考文献】