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直喷式柴油机双层分流燃烧系统参数匹配优化研究

作　者: 董鹏博
导　师: 隆武强
学　校: 大连理工大学
专　业: 动力工程
关键词: 直喷柴油机 燃烧系统 喷雾撞壁 双层分流 数值模拟
分类号: TK423
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文以优化新型直喷式柴油双层分流燃烧系统为目标,综合考虑缸内混合气形成质量、空气利用率、燃烧效率和燃烧系统的排放性能,基于燃油撞壁导向和空间雾化的思想,设计了一种柴油机双层分流燃烧系统的燃烧室结构,同时通过对喷油压力、喷油正时和喷雾与燃烧室结构的匹配优化,使燃油喷束有效撞击到燃烧室喉口处的碰撞导向台,实现喷雾在燃烧室空间内的双层分流,从而达到促进混合气形成、改善燃烧过程、提高柴油机性能的目的。具体开展的研究工作如下：(1)详细介绍并分析了双层分流燃烧系统的设计原则和主要结构参数的确定方法,设计开发了三种典型的具有不同燃烧室结构尺寸的双层分流燃烧系统。(2)利用AVL—FIRE2008三维CFD软件对所设计的三种新型双层分流燃烧系统的缸内气体流动、混合气形成与分布及燃烧过程进行了模拟计算,并且对不同燃烧室结构尺寸、喷油嘴位置及喷油策略等进行了匹配优化研究。分析结果显示：在各种软硬件及控制策略的组合中,最优方案为Ⅱ型燃烧室在喷油压力为110MPa,喷嘴伸出高度为1.4mm,喷油正时为9°CA BTDC条件下的配合策略。(3)在单缸135柴油机上应用三种双层分流燃烧系统进行了负荷特性实验,探究了喷油压力、喷孔数、喷油嘴位置、喷油正时等参数对三种结构尺寸双层分流燃烧系统的影响,并对三种不同结构尺寸参数的双层分流燃烧系统进行了优缺点分析。(4)数值模拟与柴油机性能实验的结果表明：双层分流燃烧系统碰撞台的位置与各种条件、参数的配合情况会直接影响油束的碰壁角度、碰壁距离与碰撞位置。综合考虑发动机的经济性、排放性能,采用110MPa的喷射压力、8孔喷油器、喷油嘴伸出高度1.4mm、喷油正时9°CA BTDC的条件下的Ⅱ型燃烧室为最佳方案。双层分流燃烧系统使燃烧室内的油雾快速双层分流扩散、雾化,燃油在剥离弧面的作用下可有效避免附壁,快速与空气混合成均质混合气,实现上下两层空间的同时快速燃烧,所选方案与其它方案相比,最大程度提高了缸内空气利用率,优化了缸内燃烧的全过程。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-21
  1.1 世界各国对内燃机排放的控制法规  9-12
  1.2 柴油机排放物的生成机理与控制措施  12-19
    1.2.1 柴油机NO_X的生成机理和控制措施  12-16
    1.2.2 柴油机PM排放的生成机理与控制技术  16-19
  1.3 论文研究的内容  19-21
2 直喷式柴油机双层分流燃烧系统  21-33
  2.1 燃烧室结构与柴油机性能的关系  21-28
    2.1.1 柴油机燃烧室结构优化相关理论  21-23
    2.1.2 利用燃烧室结构来优化柴油机性能的典型例子  23-28
  2.2 柴油机双层分流燃烧系统的优化设计  28-32
    2.2.1 双层分流燃烧系统的提出  28
    2.2.2 双层分流燃烧系统的设计思想  28-29
    2.2.3 双层分流燃烧系统的设计  29-32
  2.3 本章小结  32-33
3 数值模拟与分析  33-63
  3.1 内燃机数值模拟技术简介  33-41
    3.1.1 数值模拟的发展情况介绍  33-35
    3.1.2 基本控制方程  35-36
    3.1.3 喷雾模型  36-40
    3.1.4 燃烧子模型  40-41
  3.2 模型建立  41-45
    3.2.1 基本参数  41
    3.2.2 建模过程  41-42
    3.2.3 静态、动态网格的划分  42-44
    3.2.4 初始条件  44-45
    3.2.5 模型的验证  45
  3.3 数值模拟结果与分析  45-62
    3.3.1 缸内气体流动情况的模拟研究  45-47
    3.3.2 针对不同燃烧室的喷油嘴伸出高度的选择  47-53
    3.3.3 针对不同燃烧室的喷油正时的选择  53-61
    3.3.4 Ⅱ型燃烧室在各条件下缸压曲线的比较  61-62
  3.4 本章小结  62-63
4 实验研究  63-77
  4.1 实验设备与实验条件  63-65
  4.2 实验方案  65-66
  4.3 柴油机实验研究与结果分析  66-75
    4.3.1 电控高压共轨系统供油特性MAP的标定  66-67
    4.3.2 试验结果和分析  67-75
  4.4 本章小结  75-77
5 总结与展望  77-79
  5.1 总结  77-78
  5.2 展望  78-79
参考文献  79-82
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  82-83
致谢  83-84

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 构造
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