高原环境下自然吸气小型柴油机性能及排放量化分析

发布时间：2017-08-18 04:32

  本文关键词：高原环境下自然吸气小型柴油机性能及排放量化分析

  更多相关文章： 小型非道路柴油机 自然吸气 高原 燃烧 性能 排放

【摘要】：随着环保要求的愈加严格,内燃机在高原环境下工作时的排放性能受到人们的关注,美国已颁布了高原环境下非道路用柴油机的排放法规,而国内现有研究多以柴油机的高原适应性为主,因此开展高原环境下非道路用柴油机燃烧及排放变化规律的研究具有重要的学术价值和实用意义。本文以186F柴油机为研究对象,采用试验研究与模拟计算相结合的方法对三个不同海拔高度下非道路用自然吸气柴油机的性能、燃烧、排放的变化规律和机理进行研究。样机试验表明:海拔高度从10m升高到1670m时,柴油机在相同最大输出功率工作时,燃油消耗率增大了5.3%,烟度从1.4BSU增加到2.6BSU。高原环境下,柴油机整机比排放HC、PM明显增大,HC、PM分别增大约43.4%和51.4%,CO和NOX排放的变化较小。柴油机示功图的分析结果是:海拔高度增加,柴油机缸内最高燃烧压力下降,燃烧始点推迟,燃烧品质变差。并且海拔高度越高,燃烧持续期越长,缸内最高平均燃烧温度越高。应用工程软件计算分析了不同海拔高度下标定工况时柴油机缸内燃烧过程的变化,结合试验结果得出:海拔高度增加,柴油机缸内喷射油束贯穿距变长,油束破碎和蒸发过程减缓,使得油气混合均匀性变差,燃烧室近壁面处易形成油气堆积,造成燃烧效率下降。从10m到1000m和1000m到1670m,燃烧效率分别下降了0.9%和2.1%。柴油机的理论循环分析得出:高海拔地区缸内压力升高比减小,初始膨胀比增大,工质的等熵指数减小等,使理论循环热效率随海拔高度增加而下降。而且缸内燃烧温度和排气温度的升高也会造成不可逆损失增大。标定工况时排气污染物的模拟结果得出:虽然高海拔时缸内氧含量下降,但此时燃烧室内高温区域扩大,活塞顶隙的未燃区域又提供了必要的氧气,使得NOX生成速率曲线的“第二峰”峰值要比平原地区大,造成标定工况时NOX排放略有增加。按等功率、等烟度和等过量空气系数的方法研究柴油机标定功率的标定,得出机械控制喷油的自然吸气柴油机,在高海拔地区运行时,为减少环境污染可根据使用地的海拔高度通过限油装置调整标定工况的喷油量,适当减少最大输出功率运行,能满足美国非道路柴油机排放法规的要求。对186F及同类型的柴油机而言,海拔高度每升高1000m,标定功率减小约8%较为适宜。
【关键词】：小型非道路柴油机 自然吸气 高原 燃烧 性能 排放
【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】：TK421
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 柴油机高原特性试验方法12-14
• 1.2.2 国外研究现状14-15
• 1.2.3 国内研究现状15-17
• 1.3 本课题研究的意义和内容17-19
• 1.3.1 选题意义17
• 1.3.2 主要研究内容17-19
• 第二章 试验设备与试验方法19-24
• 2.1 内燃机高海拔大气状态模拟试验装置19-21
• 2.2 试验样机与测试设备21-22
• 2.3 试验方法22-23
• 2.3.1 试验地点与模拟海拔高度的选择22
• 2.3.2 试验内容22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 高原环境下自然吸气小型柴油机燃烧和排放试验与分析24-45
• 3.1 柴油机负荷特性的性能变化24-26
• 3.1.1 柴油机负荷特性上的过量空气系数24
• 3.1.2 柴油机负荷特性上的燃油经济性24-25
• 3.1.3 柴油机负荷特性上的排气温度25-26
• 3.2 柴油机全负荷速度特性的性能变化26-27
• 3.2.1 柴油机全负荷速度特性上的过量空气系数26
• 3.2.2 柴油机全负荷速度特性上的燃油经济性26-27
• 3.2.3 柴油机全负荷速度特性上的排气温度27
• 3.3 柴油机燃烧特性27-33
• 3.3.1 缸内压力与压力升高率27-29
• 3.3.2 缸内最高燃烧压力29-30
• 3.3.3 放热规律30-31
• 3.3.4 燃烧始点与燃烧持续期31-33
• 3.3.5 缸内最高平均燃烧温度33
• 3.4 柴油机负荷特性上的排放性能33-36
• 3.4.1 柴油机负荷特性上的烟度33-34
• 3.4.2 柴油机负荷特性上的CO排放34-35
• 3.4.3 柴油机负荷特性上的HC排放35
• 3.4.4 柴油机负荷特性上的NO_X排放35-36
• 3.5 柴油机全负荷速度特性上的排放性能36-38
• 3.5.1 柴油机全负荷速度特性上的烟度36-37
• 3.5.2 柴油机全负荷速度特性上的CO排放37
• 3.5.3 柴油机全负荷速度特性上的HC排放37-38
• 3.5.4 柴油机全负荷速度特性上的NO_X排放38
• 3.6 柴油机整机比排放38-40
• 3.7 柴油机热效率分析40-43
• 3.7.1 柴油机有效热效率40-41
• 3.7.2 柴油机机械效率41-42
• 3.7.3 柴油机指示热效率42-43
• 3.8 本章小结43-45
• 第四章 燃烧过程模拟计算与排放变化的机理分析45-65
• 4.1 网格模型的建立45-48
• 4.1.1 几何模型与动网格的建立45-46
• 4.1.2 初始参数46-48
• 4.2 计算模型的选取48-50
• 4.2.1 气相湍流流动模型48
• 4.2.2 喷雾模型48-49
• 4.2.3 着火及燃烧模型49-50
• 4.2.4 NO_X生成模型50
• 4.3 计算模型的验证50-51
• 4.3.1 计算方案50
• 4.3.2 计算模型的验证50-51
• 4.4 柴油机燃烧过程变化机理51-60
• 4.4.1 燃料的燃烧效率分析51-56
• 4.4.2 循环热效率56-57
• 4.4.3 不可逆损失57-60
• 4.5 NO_X排放变化机理分析60-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第五章 满足美国非道路柴油机第Ⅳ阶段排放法规的措施65-68
• 5.1 减小输出功率对柴油机速度特性上扭矩的变化65-66
• 5.2 减小输出功率对柴油机标定工况排放的变化66-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 未来展望69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士期间发表的论文及专利76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林敬国;衣波龙;万永召;;自然吸气二缸发动机颗粒测试研究[J];内燃机与动力装置;2010年04期

2 ;新车指南[J];汽车消费报告;2014年03期

3 郭英男,谭满志,刘金山,黄为钧,于世涛;自然吸气直喷压燃式发动机燃用柴油醇的性能和排放[J];内燃机学报;2005年01期

4 朱峥;郝笑天;;向自然吸气M3致敬[J];汽车与运动;2013年10期

5 陶泽民,曾玉凤,王玉茂;满足欧Ⅰ排放的新型YC4108Q自然吸气柴油机研制[J];柴油机;2003年03期

6 董素荣;许翔;任晓江;关立哲;郑智;刘瑞林;;自然吸气柴油机高海拔(低气压)热平衡试验研究[J];热科学与技术;2011年04期

7 王建军,林文,田静;KM496Q自然吸气涡流柴油机的研制[J];山东内燃机;2004年06期

8 毕玉华;申立中;杨永忠;颜文胜;雷基林;王贵勇;;自然吸气与增压中冷柴油机气缸套应变对比[J];农业机械学报;2007年06期

9 鞠抗利;李燕;;自然吸气四冲程汽油机的技术特点及发展方向[J];内燃机与配件;2010年05期

10 李玉麟;赵焕章;刘君德;陈庆彰;蔡伟;;SOFIM发动机结构分析[J];汽车技术;1986年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈勇;高原环境下自然吸气小型柴油机性能及排放量化分析[D];江苏大学;2016年

，

本文编号：692726