某双燃料发动机喷油策略的数值模拟研究及优化

发布时间：2020-08-01 07:53

【摘要】：随着我国汽车排放法规的日益严格以及能源危机的加剧,对汽车的动力性和经济性提出了更高的要求,因此寻找一种新的燃烧技术便是当前内燃机燃烧领域的主要方向之一。汽油-柴油双燃料发动机的燃烧方式由化学反应动力学控制,此燃烧方式是一种先进的燃烧技术,能够避免汽油机NO_χ排放高、柴油机颗粒物排放高的缺点,与此同时结合汽油机工作不粗暴、柴油机动力性好的优点。本文的主要研究目的是通过数值模拟与优化方法对汽油-柴油双燃料发动机喷油策略进行优化,进一步降低其排放。具体研究内容如下:本文以一台汽油-柴油双燃料发动机为研究对象,对其建模以及并划分一套质量高的网格,基于AVL-fire软件对压缩、做功行程进行仿真计算。为保证仿真正确性,根据实验数据,对网格策略及喷雾模型、汽油-柴油反应机理进行了验证。对该汽油-柴油双燃料发动机与单燃料发动机进行比较分析,结果表明该双燃料发动机在动力性、排放等方面优于单燃料发动机。在不同负荷下针对EGR率、汽油质量比对双燃料发动机燃烧与排放的影响进行研究。研究结果表明,在小负荷下双燃料发动机的燃烧性能对汽油质量比更为敏感,其排放对EGR率更为敏感。在大负荷下EGR率对燃烧性能的影响与小负荷下类似,但对排放的影响不同,NO随着EGR率的增加先增加后减少,未燃碳氢化合物(UHC)影响规律整体一致;汽油质量比对燃烧和排放的影响与小负荷下类似。采用基于克里金近似模型的第二代非支配排序遗传算法(Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对双燃料发动机的喷油策略进行多目标优化,选取第一次直喷时刻、第二次直喷时刻、第一次直喷燃油质量、进气门关闭角作为优化变量。优化目标是CO、NO、最大压力升高率。通过数据挖掘对其进行定性分析,研究结果表明:较小的最大压力升高率、较小的NO排放需要较小的第一次直喷时刻,较小的CO排放需要较小的进气门关闭角和较大的第一次直喷燃油质量。并把优化后的解与初始模型进行比较分析,与初始模型相比,其中一组最优解C的CO排放减小14.4%,NO排放减小71.01%,最大压力升高率增加14.83%。通过本文对EGR率、汽油质量比影响以及喷油策略优化的研究,可以给汽油-柴油双燃料发动机相关研究提供参考,为双燃料发动机的开发提供一定指导意义。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.173

【参考文献】

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本文编号：2777185