加载策略对柴油机瞬态性能影响的研究

发布时间：2017-09-29 09:32

  本文关键词：加载策略对柴油机瞬态性能影响的研究

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【摘要】：柴油机目前的发展方向为高效、节能和低排放,虽然柴油机热效率高,更节能,但对NOx和PM总排放的“贡献”大,且在瞬态工况下,柴油机燃烧及排放性能发生恶化,而降低柴油机PM和NOx排放的主要措施是强化混合和低温燃烧,即优化空燃比和缸内热力氛围。目前,改善以上两点的主要措施是通过优化进气系统和喷油参数,但通过供油模式来改善柴油机瞬态过程中缸内空燃比和热力氛围的研究较少,因此,本研究以一台重型高压共轨增压柴油机为研究对象,搭建了瞬态工况测控平台及STAR-CD模拟计算平台,选取ETC测试循环中的典型工况—恒转速增转矩瞬态工况为研究工况,利用试验和模拟相结合的方法,从空燃比和缸内热力氛围两个角度,探究加载策略(供油模式)对柴油机瞬变过程响应性能、燃烧及排放性能的影响规律。一、利用瞬态工况测控平台,对加载策略的第一段加载率、加载停滞时间和第二段加载率进行不同的组合,探究缸内空燃比和热力氛围对柴油机瞬态性能的影响规律,研究结果表明:1)随着第一段加载率的增大(第二段加载率不变),达到50%扭矩时所需时间逐渐缩短,缩短幅度最大为20.4%;配合较长的加载停滞时间能够使得CA10和CA50提前,降低烟度和CO排放峰值,烟度峰值和CO峰值最大降幅分别为48.7%和19.5%;随着第二段加载率的减小(第一段加载率不变),达到90%扭矩时所需时间逐渐缩短,缩短幅度最大为5.2%;CA10和CA50提前,烟度峰值降低,最大降幅为53.3%。2)第一段加载率选择665N·m/s,加载停滞时间为1.2s,第二段加载率为221.67N·m/s(即策略3)为最优的加载策略,这种策略能缩短达到50%扭矩时所需时间,幅度为20.4%,烟度峰值和CO峰值降幅分别为48.7%和19.5%。二、利用STAR-CD模拟计算平台,从微观场角度对加载停滞时间、进气温度和气缸壁面温度进行分析,探究缸内热力氛围对柴油机瞬态性能的影响规律,研究结果表明:1)加载停滞、进气温度提高以及气缸壁面温度提高均能提高缸内热力氛围,有效促进燃油蒸发、雾化的速率,改善油气混合过程,改善程度依次是加载停滞气缸壁面温度进气温度;燃烧反应基团在Soot生成区的变化趋势与在浓混合气区(2Φ)的变化趋势相似,但与在高温区的变化趋势相差甚远,表明:Soot的生成主要取决于浓混合气的比例;而NO的生成主要取决于高温区体积比例,且NO主要生成于燃烧过程的前20oCA,在燃烧前期高温区体积相差不大的情况下,控制缸内稀混合气比例可以抑制NO的生成。2)在进气量不变的前提下,提高进气温度或气缸壁面温度对Soot排放影响较小,但NOx排放增加,而随着加载停滞时间的增长,缸内稀混合气比例逐渐增大,浓混合气比例逐渐降低,Soot的排放量逐渐降低,最大降幅为59.8%,NO排放量有所增大,表明:加载停滞对柴油机燃烧及排放过程的优化效果最好。
【关键词】：增压柴油机 瞬态工况 加载策略 进气温度 缸壁温度
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 能源与环境问题11-13
• 1.1.2 内燃机排放法规及政策13-15
• 1.2 柴油机瞬态工况的研究现状15-19
• 1.2.1 柴油机瞬变工况及性能畸变15-16
• 1.2.2 柴油机瞬态工况研究现状16-19
• 1.3 本文的研究意义及主要研究内容19-20
• 第2章 试验及模拟研究平台的建立20-29
• 2.1 试验平台的搭建20-23
• 2.1.1 试验对象20-21
• 2.1.2 测控平台21-22
• 2.1.3 瞬态油门控制系统22-23
• 2.1.4 同步数据采集系统23
• 2.2 模拟平台的建立23-28
• 2.2.1 STAR-CD数值计算软件简介23-24
• 2.2.2 几何模型的建立及网格的划分24-25
• 2.2.3 数学模型和算法的确定25-26
• 2.2.4 初始边界条件的确定和模型验证26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 加载策略对柴油机瞬态性能影响的试验研究29-43
• 3.1 试验方案的确定29-31
• 3.2 第一段加载率对柴油机瞬态性能的影响31-37
• 3.2.1 第一段加载率对柴油机动态响应性能的影响31-34
• 3.2.2 第一段加载率对柴油机燃烧及排放过程的影响34-37
• 3.3 第二段加载率对柴油机瞬态性能的影响37-41
• 3.3.1 第二段加载率对柴油机动态响应性能的影响37-39
• 3.3.2 第二段加载率对柴油机燃烧及排放过程的影响39-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 缸内热力氛围对柴油机瞬态性能影响的模拟研究43-70
• 4.1 加载停滞时间对柴油机瞬态性能的影响43-52
• 4.1.1 加载停滞时间对瞬变工况燃烧过程的影响43-49
• 4.1.2 加载停滞时间对瞬变工况Soot和NO排放的影响49-52
• 4.2 进气温度对柴油机瞬态性能的影响52-60
• 4.2.1 进气温度对瞬变工况燃烧过程的影响53-57
• 4.2.2 进气温度对瞬变工况Soot和NO排放的影响57-60
• 4.3 气缸壁面温度对柴油机瞬态性能的影响60-68
• 4.3.1 气缸壁面温度对瞬变工况燃烧过程的影响60-65
• 4.3.2 气缸壁面温度对瞬变工况Soot和NO排放的影响65-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第5章 全文总结及工作展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 工作展望71-72
• 参考文献72-77
• 作者简介及科研成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

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本文编号：941316